中國首次火星探測火星全球影像圖。新華社圖片

“西柏坡”“天柱山”“楊柳青”……

(資料圖片)

2023年4月24日，中國首次火星探測火星全球影像圖在第八個中國航天日發布。其中，國際天文學聯合會還將天問一號著陸點附近的22個地理實體以中國歷史文化名村名鎮命名，將中國標識永久刻印在火星上。

2023年5月15日，遠在火星執行全球遙感科學探測任務的天問一號火星探測器，已經在火星“上崗”滿兩年。兩年來，探測器獲取許多一手探測數據，取得豐碩科研成果。

回望60余年的人類火星探測歷程，以1960年蘇聯發射人類首個火星探測器為起點，到2021年天問一號將五星紅旗的一抹鮮紅鐫刻在火星土地，從來沒有一刻像今天這樣，人類飛出地月、星際探測的夢想是那么的真實、觸手可及。

值此“天問落火”兩周年之際，我們再來聊聊關于火星的奧秘與故事。

人類為何執著于火星探測

人類對于火星的關切，由來已久。

從20世紀60年代人類首次開展火星探測開始到現在，火星是人類探測時間最長、次數最多、參與國家最多的一顆行星。

人類為何如此執著于火星探測？

科學家認為，地球僅是茫茫宇宙中的一顆普通行星，從大尺度時空坐標看，遭遇小行星撞擊等意外事件在所難免；同時，地球上資源有限，隨著人口增加以及科技發展，溫室效應導致全球溫度持續升高，地球很難成為人類永遠的家園。而與地球距離較近、環境相似的火星，成為人類走出地月系統開展深空探測的首選目標。

——和地球相似的地質結構。火星地表主要由硅酸鹽構成，地質結構和地球上十分相似，同時火星上還有著類似于地球上的沙漠、盆地等地貌結構。

——火星上也有水資源。科研發現，火星南北極存在淡水資源，土壤中廣泛存在2%-3%的水分。丹麥哥本哈根大學星體和行星研究中心的一個研究團隊在《科學進展》雜志上面發表了一篇關于火星生命的研究論文。他們認為，火星在45億年前曾經被海洋覆蓋。水是生命之源，科學家據此推測，早期火星存在大量的液態水，應該是一顆藍色的星球，并且可能已經誕生了生命。

——和地球相似的自轉周期和一年四季。在太陽系八大行星中，火星是地球軌道外圍第一顆行星，距離地球最近的時候為5500萬公里；火星上的一天和地球上的一天時長差不多，其自轉周期大約是24.62小時，與地球幾乎一模一樣；火星公轉的角度和地球公轉的角度都在23-25度之間，因此在火星上同樣有著春夏秋冬四個季節的劃分。

——火星上也有大氣層。要知道人類賴以生存的第一要素就是空氣中的氧氣，一個星球上如果沒有氧氣，那么就很難讓人類生存。火星上雖然沒有氧氣，但擁有一層大氣層，其主要成分是二氧化碳，而人類目前的技術從二氧化碳中提取氧氣并不難。

此外，火星引力較小，距離小行星帶和太陽系外圍空間更近，在火星上發射火箭和開展深空探測具備很多先天優勢，是人類未來深空探測過程中建設航天基地的不二之選。

綜上所述，研究火星對了解地球的早期歷史和生命起源有著重要的意義，特別是在火星上發現水后，更給人類帶來了未來移民火星的可能。如果人類航天的未來是宇宙的星辰大海，那么人類沒有任何理由不去探測火星。

戰勝重重困難，揭開“熒惑”的神秘面紗

紅色的火星熒熒像火，而且在天空中運動，有時從西向東，有時又從東向西，復雜的軌跡令人迷惑，所以我國古人用“熒熒火光，離離亂惑”來描述它，稱之為“熒惑”。

揭開“熒惑”的神秘面紗，人類堅定地踏上了探測之旅。1960年，蘇聯科學家向火星發射了“火星1號”探測器，這是人類探索火星的開端；1965年，美國發射的“水手4號”探測器，在距離火星9280千米的高處，首次拍攝了22張火星照片；1974年，蘇聯發射的“火星5號”首次拍攝了火星的彩色照片……

從1996年開始，幾乎在每個探測器的發射窗口，都會有一輛火星車被送上太空。

但抵達火星的過程實在太難了——

首先，雖然火星是距離地球最近的地外行星，但是地火距離還是太遠了。火星距離地球在5500萬-4億千米左右，并且這個范圍變化區間實在太大。在地球上，僅需0.13秒就能實現任意兩點的通信，但當地球與火星處于最大距離時，即便是光速通信也有44分鐘的延時。這使得探測火星的機會難得，即便是派出人類最快的探測器前往火星，也需要老老實實等待每隔780天、約26個月出現一次的地火逼近時的火星探測窗口，一旦錯過就需要再等待兩年多。

其次，如果前往火星，不僅需要完全擺脫地球引力，還需要擺脫太陽強大的引力影響。這意味著更強大的火箭是探測火星的先決條件。

第三，探測器必須功能強大。一方面，火星探測的成本極高，必須搭載大量的各種科學儀器才能換回相應價值。另一方面，由于距離問題，探測器的深空通信、自主導航控制和自我故障檢測修復功能必須獨立且強大，這進一步推高了成本。

第四，探測器到達火星附近后，需要被火星引力捕獲。火星捕獲是火星探測任務中技術風險最高、最為關鍵的環節之一。相比較地球而言，火星只是個小不點，質量僅僅有地球的10.7%，引力影響范圍很小，這要求探測器必須精準切入環繞火星軌道。同時，探測器必須擁有強大的變軌能力，能完成改變軌道、大幅增加燃料需求。

以上，還僅僅是實現環繞火星的部分難點。要想完成降落火星的任務，還需要解決一系列更復雜的問題。

在僅有五成成功率的人類火星探測任務中，火星著陸是失敗率最高的階段。

稀薄而不穩定的火星大氣，遍布巖石、斜坡、溝壑等障礙物的火星表面，極其嚴重的火星塵暴，再加上通信延遲，這些都給降落火星帶來很大風險。

2021年5月15日，天問一號著陸火星烏托邦平原南部預選著陸區，首次通過一次任務實現“繞、著、巡”三大任務目標。我國首次火星探測任務著陸火星成功，標志著我國邁出了星際探測征程的重要一步，實現了從地月系到行星際的跨越，在火星上首次留下中國人的印跡。

克服重重艱難，天問一號圓滿完成各項工作，獲取了大量我國一手的科學數據和工程數據，為我國行星探測工程積累了寶貴的經驗。

資料顯示，天問一號獲取了覆蓋火星全球的影像數據，完成了對多種典型火星地貌特征點的拍攝任務，獲取了大量高價值探測數據；進行了上百次的離子與中性粒子分析儀、礦物光譜分析儀和次表層雷達的科學探測工作，獲取了相關科學數據……

目前，來自中國、美國、歐空局、阿聯酋等各方的9個火星探測任務正在進行中。而從各國和機構的最新火星探測計劃來看，未來國際航天界將在火星生命探測、火星采樣返回、火星衛星探測、火星演化歷史和載人登陸火星等5個方面開展重點攻關。

隨著各國的探測計劃不斷展開，“熒惑”的神秘面紗正被一點點揭開。

仰望星空，人類的目光能看多遠，步伐才能走多遠

進入21世紀，放眼全球，火星探測正在進入新一輪高峰期，各個國家先后提出火星探測計劃。

根據已有的任務規劃，歐空局羅莎琳德·富蘭克林號火星車的重要使命是挖掘地下2米深的火星土壤樣本，尋找微生物存在的痕跡；

美國宇航局自成立以來，在火星上投入的資金已經超過了在其他任何一顆行星上所花費的費用。據悉，美國將繼續開展火星探測活動，未來任務包括無人火星采樣返回任務，研制接替在軌火星探測器的新型火星軌道器等。美國的SpaceX公司，則提出“移民火星計劃”，其“星艦”超重型火箭已經開展首次試飛；

俄羅斯制定了一系列航天計劃和試驗項目，加強了對火星的探測，重新啟動了無人探測器項目……

放眼未來，人類對火星環境的認知仍會進一步加深，更先進的探測器、更精密的儀器、更強大的通信能力都將顯著提升采集火星數據的質量和數量，從細節中尋找更多蛛絲馬跡。比如，歐空局ExoMars系列火星車將搭載更先進的微量氣體和有機物探測儀、地下雷達等設備，立體化揭示火星的秘密，進而對照深入研究條件類似的地球；再比如，根據火星探測器回傳的數據顯示，火星表面有很多非常深的洞穴，科學家猜測在這些洞穴里面可能存在一些微生物，人類將繼續向火星發射更加先進的探測器，對這些洞穴內部展開探索。

仰望星空，人類的目光能看多遠，步伐才能走多遠。

深空探測，步履不停。或許，未來的某一天，人類有望登陸火星，實現從“地球物種”到“行星際物種”的偉大轉變。

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