入侵火星50載……

一群國家地理控，專註於探索極致風光

這些機器人來自地球

文 | 星球研究所

2018年5月5日

美國加州范登堡空軍基地

宇宙神5號火箭搭載著一艘飛船衝出雲層

怒火點燃了黑夜

光芒劃破了長空

飛船代表地球人啟程

入侵火星

（圖片源自@Cory Huston/NASA）

205個地球日之後

即2018年11月26日

它的核心船員

一位全副武裝的「地質學家」

將在火星地表登陸

並把一根長長的探針刺入地下

火星內部隱藏的秘密將被人類一一洞悉

這位地質學家也因此得名

洞察號（InSight）

一個來自地球的機器人

（洞察號在火星表面的想像圖，探針為熱流儀，另一個重要儀器為圖中左下方圓形的地震儀，圖片源自@NASA）

洞察號並非孤軍作戰

更多的機器人入侵者早已登陸多時

最早的一位於1971年到達火星地表

距今已近

50年

只不過

這些機器人有的已經粉身碎骨

有的則深陷沙地、絕望求生

仍在「堅持戰鬥」的少數也是飽經風霜

即便如此

它們仍是現今人類在地外行星上

最強大的「機器人軍團」

海盜1號、海盜2號、火星探路者

鳳凰號、勇氣號、機遇號、好奇號

無一不是戰績斐然、聲名赫赫

（火星上的著陸器和火星車分布圖，製圖@張靖/星球研究所）

如果再加上數量眾多的

飛掠和環繞火星運行的航天器

火星已是「人聲鼎沸」

（火星航天器家族，製圖@Jason Davis/The Planetary Society）

如此多的機器人

前仆後繼、集聚火星

它們是在籌劃一件大事嗎？

Ⅰ

火星的秘密

火星是離太陽第四近的行星

位於地球與木星之間

（火星在太陽系中的位置示意圖，圖片源自@NASA）

在肉眼觀星的時代

火星在地球的夜空中

呈現出比周圍星辰更加顯著的紅色

中國古人稱其「熒熒如火」

（中間偏上的紅色亮星為火星，中間偏下的藍色亮星為角宿一，攝影師@P-M Hedén）

火星的目視亮度

經常發生變化、忽明忽暗

更為詭異的是

它還會在夜空中突然逆行（Retrograde）

令人難以捉摸

火星也因此得名「熒惑」

如果逆行發生在心宿（天蠍座）

占星術士們稱之為「熒惑守心」

意味著皇帝駕崩或者宰相失位

為大凶之兆

（2003年6月-10月發生的火星逆行軌跡，攝影師@Tunc Tezel）

當天文學步入望遠鏡時代

1877年

義大利天文學家

斯基亞帕雷利（Giovanni Schiaparelli）

發現火星地表有許多線條狀的地貌

他稱這些線條為「溝渠」

但是狂熱的大眾更願意相信

這些線條正是外星智慧生命開鑿出的運河

延續100餘年的「火星人」幻想

就此拉開帷幕

（1996年蒂姆·波頓執導的電影《火星人玩轉地球》劇照）

到了航天時代

從1960年起

人類的探測器開始在數千或上萬千米處抵近觀察

一個更加真實的火星被呈現出來

它擁有太陽系最大最長的峽谷之一

水手峽谷（Valles Marineris）

長約4000千米、深達7千米

橫跨大半個火星

如同被上帝之劍砍削而成

（海盜1號拍攝的水手峽谷，圖片源自@NASA）

它擁有太陽系最高的山峰

奧林帕斯火山（Olympus Mons）

高度超過2萬米

是珠峰海拔的2.5倍

（奧林帕斯火山，由火星環球勘測者號測繪的假色地形圖，火星沒有海拔的概念，山峰高度根據人為設定的基準面計算；圖片源自@NASA）

更令人興奮的是

它還擁有寬闊蜿蜒的河床

流水曾在此奔騰而去

（火星環球勘測者號拍攝的河道，圖片源自@NASA）

這意味著

看似荒蕪的火星

曾經有過濕潤的時光

人們禁不住好奇

這些水流是否也曾經孕育出

欣欣向榮的生命呢？

（海盜1號拍攝的形似人臉的火星丘陵，曾被誤傳為火星人的形象，實際是光影造成的錯視，圖片源自@NASA）

地球上的科學家也開始忙碌起來

他們在南極洲發現了一塊火星隕石

編號為ALH84001

其上有類似細菌狀的化石結構

極有可能是36億年前火星上的生命遺存

（ALH84001隕石上的結構，圖片源自@NASA）

科學界沸騰了

總統激動地在白宮南草坪發表演說

（1996年美國總統柯林頓關於發現火星隕石的聲明，引自@NASA）

「如果此次發現被證實，它將是科學所揭示的最令人驚嘆的認知之一」

「If this discovery is confirmed, it will surely be one of the most stunning insights into our universe that science has ever uncovered」

火星是太陽系中最近似地球的天體

直徑約為地球的一半

自轉軸傾角、自轉周期則與地球相當

有著與地球類似的四季交替

一個火星日幾乎和地球日一樣長

如果太陽系存在地外生命

火星一定是最有可能的那個

（地球與火星大小比較，製圖@張靖/星球研究所）

但是

想要發現外星生命

僅僅在地球上大海撈針撿拾隕石

或者遠遠地圍繞著火星拍照

都是不夠的

我們必須拿到最直接的證據

最好的辦法就是

派人到火星上找

Ⅱ

出發

1969年7月20日

宇航員阿姆斯特朗邁出了他的一小步

人類僅僅用了4天時間

便從地球登上了40萬千米外的月球

然而火星遠比月球更加遙遠

因為公轉軌道的不同

火星與地球的最近端相距約5600萬千米

是地月距離的140倍

最遠端更是高達4億千米

是地月距離的1000倍

（地球、火星公轉及距離關係示意圖，黃色為太陽、藍色為地球、紅色為火星，圖片源自@NASA）

如此巨大的距離變化

造成地球夜空中火星亮度差異顯著

距離近則又大又亮

距離遠則又小又暗

（地球與火星距離與火星視覺大小變化示意，圖片源自@NASA）

同樣也是因為這種距離變化

才會讓火星「看起來」突然逆行

（太陽系其它行星也會產生逆行，火星的逆行最明顯，圖片源自@NASA）

另一方面

在實際航行中

人類還沒有任何一個推進系統可以強大到

讓飛船沿著火星與地球的最短距離行駛

我們必須沿著一條橢圓形的軌道

藉助地球的公轉速度

將飛船「甩」到火星

軌道的一端與地球軌道相切

另一端與火星軌道相切

這便是著名的霍曼轉移軌道

1925年由德國數學家

沃爾特·霍曼（Walter Hohmann）

發現並命名

悲劇的是這條軌道長達4億千米

與火星到地球的最遠距離相當

（地球到火星的霍曼轉移軌道，圖片源自@NASA）

通過霍曼轉移軌道去往火星

僅單程就需要

6個月

比登月的4天長太多了

以20世紀人類尚顯稚嫩的航天技術

蘇聯和美國都不約而同地選擇了

機器人

1971年5月19日、28日

蘇聯接連發射兩艘去往火星的飛船

分別攜帶

火星2號（Mars 2）、火星3號（Mars 3）著陸器

（火星3號，上方為著陸器，圖片源自@NASA）

以及兩輛只有4.5千克的機器人

Prop-M火星車

它的雙腿由兩個滑板構成

可以由無線電信號在地球上遠程操控

正前方的金屬條可以探測障礙物

如果登陸成功

Prop-M將成為漫遊火星的第一「人」

（Prop-M火星車，圖片源自@NASA）

1971年11月27日

在經歷半年多的星際航行後

火星2號進入火星軌道

但此時的火星上

一場行星級的沙塵暴正在肆虐

風速高達26米/秒

塵埃在大氣中瀰漫不散長達1個月

火星2號著陸器以每秒6千米的速度

一頭扎入風暴中

還沒有來得及向地球傳回數據

便和Prop-M火星車一同消失得無影無蹤

它是第一個到達火星地表的人造物

雖然是以粉身碎骨的方式

（2001年一場全球性的火星沙塵暴前後對比，整個星球都被蒙上一層「沙霧」，由哈勃望遠鏡拍攝，圖片源自@NASA）

火星3號的情況也不樂觀

1971年12月2日

它成功在火星實現軟著陸

十幾秒後

沙塵暴便摧毀了它的通訊系統

從此與地球失去聯繫

然而就在這十幾秒中

它向地球傳回了來自火星地表的第一張照片

照片中似乎是火星的地表與天空

但沒有任何東西可以清楚辨認

（圖片源自@Soviet Academy of Sciences）

科學的高峰

有時是擦乾眼淚後才攀登上去的

人類早期探索火星的任務

大約2/3都失敗了

但火星始終有一種特殊的吸引力

1975年8月20日、9月9日

美國的兩艘飛船

海盜1號（Viking 1）、海盜2號（Viking 2）

滿載著各種儀器向火星再次進發

（海盜號，上方為著陸器，圖片源自@NASA）

11個月後

海盜1號著陸器開始進入火星大氣層

地球上的NASA噴氣推進實驗室一片焦灼

沒有人知道它的命運如何

20多分鐘後

一張高清照片被傳至科學家面前

海盜1號「惡作劇」般地對著自己的腳墊區域

來了一張局部「自拍」

自拍顯示它已經安全抵達

且成像系統工作良好

（有裁剪，原圖為寬幅，圖片源自@NASA）

隨後

越來越多的圖像數據以光速飛向地球

伴隨著地球人的興奮、喜悅、驚訝

火星地表的真實面貌被展現出來

這是一個空曠、貧瘠、亂石遍布的世界

富含鐵元素的土壤因為氧化而顯得一片橙紅

連天空也被浮塵渲染

這就是地球人仰望了成千上萬年的紅色星球

火星

（火星地表的第一張彩色照片，海盜1號拍攝，圖片源自@NASA）

著陸後的第8個火星日

海盜1號開始分析火星的土壤

3份樣品、3次實驗

都檢測到了強烈的氣體釋放

這是生命存在的信號

第23個火星日

新的分析又表明

火星土壤中沒有任何有機物

矛盾

太矛盾了

與此同時

6400千米外業已安全著陸的海盜2號

也在進行著類似的實驗

結果同樣矛盾

對火星生命的勘察陷入困局

（海盜1號採樣後在土壤中留下的溝槽，圖片源自@NASA）

之後的海盜1號、2號著陸器

繼續其他方面的研究

它們使用核能作為電力來源

直到1980年4月11日

2號著陸器才因電池故障失聯

1982年11月13日

一次軟體更新錯誤地覆蓋了天線指向軟體

1號著陸器也陷入了沉寂

此時它已經工作超過六年

在很長一段時間內

它都是火星地表存活最久的機器人

這一紀錄直到近30年後才被一位新秀打破

（海盜1號著陸器拍攝的火星日落，圖片源自@NASA/Roe van der Hoorn）

Ⅲ

更酷、更帥、更好奇

1997年7月4日

一艘全新的飛船登陸火星

火星探路者號（MESUR Pathfinder）

這是一次新技術的全面預演

大型安全氣囊被應用於著陸過程

（之後勇氣號與機遇號也採用了相同的著陸方式，影片《Roving Mars》模擬了全過程，以下同）

氣囊以14米/秒的速度撞擊火星地表

第一次反彈高達15.7米

持續彈跳至少15次

（圖片源自@《Roving Mars》）

當彈跳停止

安全氣囊排出氣體

（圖片源自@《Roving Mars》）

再像蓮花瓣一樣打開

著陸器躍然而出

整個過程在數分鐘內一氣呵成

完美

（圖片源自@《Roving Mars》）

蘇聯人未能完成部署的火星車機器人

也在此次登陸中首次成功釋放

旅居者號（Sojourner）

擁有自主式導航系統

能靈活爬過岩石

前後輪獨立操控、可以就地轉彎

雖然個頭不大，體重只有11.5千克

但相比於之前固定不動的著陸器

卻更像是一個活蹦亂跳的地質學家

可以四處漫遊尋找有價值的圓卵石和礫岩

後兩者都與水源密切相關

（正在勘測岩石的旅居者號，圖片源自@NASA）

探路者號工作了83個火星日

之後通訊中斷

旅居者號也失去聯繫

如果它沒有損壞

想必還在執行人類提前預設的巡遊任務

東看西逛

（正在勘測岩石的旅居者號，圖片源自@NASA）

探路者號、旅居者號的成功

為更強更大的火星車鋪平了道路

2004年1月3日、25日

人類的火星入侵史上

最著名的機器人雙雄出場了

勇氣號（Spirit）、機遇號（Opportunity）

在大型安全氣囊的保護下

相繼成功登陸火星

（模擬圖，圖片源自@《Roving Mars》）

這是兩部雙胞胎火星車

每輛重達180千克

高1.5米、長1.6米、寬2.3米

攜帶全景相機、導航相機

以及用於分析岩石、土壤的各種儀器

依靠太陽能電力

火星車可以每小時180米的速度行駛

（勇氣號/機遇號在火星上的想像圖，圖片源自@NASA）

著陸之後

它們立即展開搜尋

從巨石表層研磨粉末

仔細檢查土壤的微觀細節

2004年3月科學家宣布

機遇號在岩石中發現液態水存在的證據

數天後

勇氣號發現了鹽層

極有可能是一條古湖岸線的遺迹

（勇氣號的研究對象之一，火星上的著名岩石阿迪朗達克Adirondack，圖片源自@NASA）

兩輛火星車的設計任務時間

都是90個火星日

而實際上

它們的工作時長超過6年

它們曾拍攝下遼闊的火星地表全景

（請將手機橫屏觀看，機遇號拍攝的火星毅力谷全景，最右側可見火星車的車跡，圖片源自@NASA）

曾目睹火星「月亮」的升落交替

（勇氣號拍攝的火星衛星運動，左為火衛二，右為火衛一，圖片源自@NASA）

也曾回望地球

（勇氣號拍攝的火星星空中的地球，這是從月球以外的行星表面拍攝的第一幅地球圖像，圖片源自@NASA）

2009年5月

奔波了5年多的勇氣號

深陷沙地、無法移動

但它仍然通過對車輪攪出的泥土的分析

再次發現火星上曾存在水的證據

2010年3月

頑強的勇氣號用盡了最後的能量

終結了自己的一生

（勇氣號陷入沙地的想像圖，圖片源自@《Death of a Mars Rover》）

它的雙胞胎兄弟

機遇號

卻依然活力四射

一場風暴恰好吹凈了

太陽能電池板上沾滿的塵土

它煥然一新、電力充沛

（被塵土覆蓋的勇氣號太陽能電池板，機遇號的情況類似，圖片源自@NASA）

它下深坑、爬高山、越沙丘、穿平原

四處敲敲打打

截至2018年5月8日

行駛總里程已達45.16千米

創造了地球外無人探測車的最高移動里程

從少年英姿到老驥伏櫪

機遇號還打破了海盜1號的紀錄

在火星上存活了14年

堪稱全宇宙最堅忍的地質學家

（請將手機橫屏觀看，NASA 2015年發布的機遇號跑完「馬拉松」的海報，圖片源自@NASA）

一代新人勝舊人

人類對火星的探索從不止步

2008年5月25日

鳳凰號著陸器（Phoenix）登陸火星

並接連發現水冰、火星降雪

（鳳凰號著陸過程最後一步的想像圖，當著陸器距離地面570米時，推進器啟動，避免與地面相撞，圖片源自@NASA）

2012年8月5日

歷史上耗資最貴的火星探測項目

火星科學實驗室（Mars Science Laboratory）

將一輛巨大的火星車

好奇號（Curiosity）

送上了火星

（三代火星車大小比較，左為勇氣號/機遇號，下為旅居者號，右為好奇號，圖片源自@NASA）

因為體型過大

安全氣囊無法承載

好奇號的著陸方式再次革新

一架天空起重機（Sky Crane Maneuver）

將它懸吊起來、緩緩下降

（模擬圖，圖片源自@NASA）

好奇號甫一落地

夾鉗即剪斷繫繩

天空起重機隨即飛走

（模擬圖，圖片源自@NASA）

現在

遼闊的火星荒原

都交給了人類蓬勃跳動的好奇心

（圖片源自@NASA）

它不需要食物

不需要水

也從不感到孤單

甚至非常善於自拍

（好奇號自拍照，有意思的是，NASA在發布這張照片時把它的「自拍桿」PS掉了，圖片源自@NASA）

2013年9月26日

好奇號發現火星土壤中的水分高達1.5-3%

完全可以滿足未來人類移民的需要

2014年12月16日

NASA宣布好奇號在火星岩石中

發現了有機物

這些都讓許多人相信

我們正在接近火星生命的真相

（好奇號在岩石上取樣後留下的洞，圖片源自@NASA）

Ⅳ

人類上場

近50年的火星地表探索

機器人戰功卓著

現在

該人類上場了

NASA宣布

將在2030年代把人類宇航員送上火星

SpaceX的埃隆·馬斯克

更是大膽提出最早在2024年就會實現這一目標

而中國幾乎可以肯定

也一定會實施載人登陸火星的計劃

（人類宇航員在未來拜訪海盜2號著陸器的場景，圖片源自@NASA）

未來並不遙遠

以現今的宇航員首次進入太空時

40歲的平均年齡計算

第一代火星人已經誕生

我們有生之年

將親眼見證

人類成為跨星球物種

（圖片源自@NASA）

P.S.本文主要參考文獻：弗朗西斯·羅卡爾等著《火星》、羅伯特·祖布林《趕往火星》、歐陽自遠/肖福根《火星探測的主要科學問題》、馬克·考夫曼《火星零距離》

... TheEnd...

一群國家地理控，專註於探索極致風光

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