鄭永春

每逢晴朗的夏夜，如果抬頭看向東南方向，你會(huì)在低空中發(fā)現(xiàn)一顆暗紅色的星星，那就是火星。

火星的英文名為Mars，源自羅馬神話中的戰(zhàn)神馬爾斯。而在希臘神話中，它是以殘暴好戰(zhàn)著稱的奧林匹斯十二主神之一的阿瑞斯（Ares）。在北歐神話中，火星代表了戰(zhàn)神提爾（T?r）。

在中國(guó)，漢代以來(lái)的古人，一直把火星、赤星與熒惑并用。之所以把火星叫作熒惑，一方面是因?yàn)榛鹦鞘羌t色的，與螢火蟲的光相似;另一方面是因?yàn)榛鹦堑能壍榔穆蚀?，在天空中時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，讓人疑惑，捉摸不透。那么，中國(guó)古代神話中有沒有把火星與戰(zhàn)爭(zhēng)聯(lián)系起來(lái)呢？其實(shí)也是有的，三國(guó)時(shí)張揖編撰的《廣雅·釋天》中記載，“熒惑謂之罰星或謂之執(zhí)法”，罰和執(zhí)法，都是兵象的征兆。每隔幾十年，火星運(yùn)行到東方七宿中的心宿附近，與代表帝王的心宿二（也稱大火星）相遇。在占星術(shù)中，這種叫作“熒惑守心”的天象，被認(rèn)為是大兇之兆。實(shí)際上，這是太陽(yáng)系中離我們很近的一顆行星，與非常遙遠(yuǎn)的恒星，在視覺上走到了一起，與吉兇無(wú)關(guān)。

因此，在古代，無(wú)論是東方還是西方，人們都把火星跟戰(zhàn)爭(zhēng)、災(zāi)難、死亡聯(lián)系在一起，是不祥的征兆。但神話畢竟是神話，很幸運(yùn)的是，人類掌握了科學(xué)，通過(guò)一點(diǎn)一滴的探索，得以還原火星的真實(shí)面目。

1543年，哥白尼提出，火星是繞太陽(yáng)運(yùn)行的，不是繞地球運(yùn)行的。

1609年，開普勒宣布，火星繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道不是圓形的，而是一個(gè)橢圓。

1610年，伽利略第一次把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)火星。

1659年，惠更斯通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，得到了火星的自轉(zhuǎn)周期。

1666年，卡西尼在意大利觀測(cè)火星，繪制了火星地圖。

1877年，美國(guó)人阿薩夫·霍爾發(fā)現(xiàn)了火星的2顆小衛(wèi)星，他用戰(zhàn)神的2位隨從——福波斯和戴摩斯命名之。同年，意大利人斯基亞帕雷利把他看到的火星地貌，用直線畫成了蛛網(wǎng)狀。這些直線后來(lái)被誤讀為人工建造的運(yùn)河。此后，火星成為天文學(xué)家最重要的觀測(cè)目標(biāo)之一，并繪制了一系列的火星地圖。

1894年，美國(guó)富商羅威爾建立私人天文臺(tái)，以尋找火星上的運(yùn)河、幻想中的火星農(nóng)業(yè)和火星人。接著，《火星紀(jì)事》《紅色星球》《火星沙》等一系列科幻小說(shuō)，又把對(duì)火星的關(guān)注從科學(xué)視角，轉(zhuǎn)移到文化和社會(huì)視角。

然而，地球上的觀測(cè)總是太過(guò)遙遠(yuǎn)。當(dāng)我們還在仰望星空，以為火星遙不可及的時(shí)候，火星探測(cè)已經(jīng)走過(guò)了50多年的歷史。1960年， 蘇聯(lián)發(fā)射了人類歷史上第1 個(gè)火星探測(cè)器——火星1號(hào)，但并不成功。1965年，美國(guó)的水手4號(hào)首次成功飛越火星。迄今為止，美國(guó)、蘇聯(lián)（俄羅斯）、歐空局、日本、印度等，都曾經(jīng)探測(cè)過(guò)火星。在40多次火星探測(cè)任務(wù)中，既有環(huán)繞火星的軌道器進(jìn)行遙感探測(cè)，也有登陸火星表面的著陸器進(jìn)行定點(diǎn)探測(cè)，還有4輛小車在火星表面巡視勘察。這些火星車是如何登陸的，又是如何工作的，它們?nèi)〉昧四男┬碌陌l(fā)現(xiàn)，值此2020火星年之際，我們將分2期介紹這些火星上的小車。

探路先鋒索杰娜

2015年上映的科幻大片《火星救援》中，一個(gè)航天員乘組于2030年登陸火星。剛登陸不久，他們就遭遇了強(qiáng)烈的沙塵暴。為避免不測(cè)，他們緊急撤離，卻意外地與影片的主角馬克失去聯(lián)系，把他獨(dú)自留在了火星上。他長(zhǎng)途跋涉，找到了上世紀(jì)90年代登陸的火星車，利用火星車上的天線和獨(dú)特的編碼，重新與地球上的工作人員取得聯(lián)系……

這輛出現(xiàn)在科幻片中救了馬克一命的火星車，并非憑空捏造出來(lái)的，而是1996年發(fā)射升空，1997年7月4日登陸的火星車“索杰娜”（也翻譯為“旅居者號(hào)”）。這個(gè)女性化的名字，是為了紀(jì)念一位曾經(jīng)的黑奴索杰娜·特魯斯（Sojourner Truth）。在美國(guó)南北戰(zhàn)爭(zhēng)期間，她積極反對(duì)奴隸制度，爭(zhēng)取婦女權(quán)利。

索杰娜是火星探路者號(hào)（MarsPathfinder）計(jì)劃的一部分。它是一輛小型火星車，僅10.6千克重。登陸火星前，它與著陸器合為一體。

登陸后，火星車展開，并脫離著陸器。展開后的火星車長(zhǎng)65厘米，寬48厘米，高30厘米。搖臂轉(zhuǎn)向架可以檢測(cè)到20 厘米高的巖石。因?yàn)閭€(gè)子太矮，它拍攝的照片總是仰視視角，讓火星上的石塊看起來(lái)都很奇怪，顯得特別高大。

索杰娜的設(shè)計(jì)壽命只有1星期。它的上甲板鋪設(shè)了1層太陽(yáng)能電池，所有的能量來(lái)源于此。它有1 根桿狀天線，由于功率太小，無(wú)法將信號(hào)直接發(fā)送給地球，只能通過(guò)著陸器轉(zhuǎn)發(fā)，才能與地球通信。

索杰娜配備了6個(gè)直徑13厘米的鋁合金車輪，輪胎和剎車系統(tǒng)則是不銹鋼材質(zhì)。每個(gè)車輪都有電動(dòng)馬達(dá)，可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。索杰娜走得很慢，最快時(shí)也只有1 厘米/ 秒，畢竟是在荒涼而陌生的星球上獨(dú)自行駛。后來(lái)的機(jī)遇號(hào)和勇氣號(hào)、好奇號(hào)也都走得很慢。但索杰娜的一個(gè)重要缺陷是，它離不開著陸器的通信，只能一直圍繞著陸器打轉(zhuǎn)。

由于重量限制，索杰娜的探測(cè)設(shè)備也很簡(jiǎn)單，只在火星車后部安裝了1個(gè)簡(jiǎn)易的彩色攝像頭和1臺(tái)能譜儀。遇到要分析的巖石時(shí)，火星車必須調(diào)轉(zhuǎn)頭，讓車尾的能譜儀接觸石塊進(jìn)行分析。而且，分析過(guò)程往往需耗時(shí)數(shù)小時(shí)，才能獲得較高的信噪比，識(shí)別出巖石中的化學(xué)元素。

作為第1代火星車，索杰娜雖然個(gè)子小、功能簡(jiǎn)單，走得也不遠(yuǎn)，但它卻為此后更復(fù)雜、功能更強(qiáng)大的火星車擔(dān)當(dāng)起了“探路先鋒”的重任。

跑馬拉松的“勇氣”和“機(jī)遇”

“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”是一對(duì)“雙胞胎”火星車，不僅外形長(zhǎng)得一模一樣，連攜帶的探測(cè)設(shè)備也完全相同。這對(duì)小哥兒倆分別于2003年6月10日和7月7日前后腳發(fā)射，2004年1月4日和1月25日先后登陸火星。

勇氣號(hào)的目的地，是直徑約150千米的古謝夫環(huán)形山?；鹦堑谋卑肭蛑饕堑屯莸匦危习肭騽t是大片的高原，古謝夫剛好位于南北地形分界線附近。遙感圖像顯示，古謝夫的南部受到了來(lái)自馬丁峽谷的水流沖刷，那里曾經(jīng)是一個(gè)湖泊，湖底殘留著各種沉積物。科學(xué)家原本希望勇氣號(hào)登陸后，分析一下那里的巖石究竟是湖底沉積形成的，還是在干燥環(huán)境中形成，后來(lái)才被水浸泡的。也就是說(shuō)，他們相信那里一定會(huì)找到水的遺跡。但是，勇氣號(hào)登陸后發(fā)現(xiàn)，那里大部分區(qū)域覆蓋著火山噴發(fā)形成的玄武巖，并沒有找到水流的遺跡。玄武巖很可能來(lái)自古謝夫北部的阿波里那火山。

機(jī)遇號(hào)的目的地，是位于火星赤道以南的子午線高原，那里的地形特別平坦。厚達(dá)數(shù)百米的灰色赤鐵礦覆蓋在阿拉伯臺(tái)地上，看起來(lái)就像火山噴發(fā)的碎屑物質(zhì)。我們知道，火星之所以是紅色的，是因?yàn)楸砻娴暮F物質(zhì)被氧化后呈紅色，這些物質(zhì)就是赤鐵礦，與鐵銹的成分相同。但是，火星表面除了紅色的赤鐵礦，還有一種灰色的赤鐵礦，它們的化學(xué)成分相同?？茖W(xué)家很想知道，這些灰色的赤鐵礦是怎么形成的。

勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)之所以都選擇在赤道地區(qū)登陸，一是因?yàn)槟抢锏奶?yáng)能比較充足，可以給火星車提供充足的能源。二是因?yàn)槟抢锏貏?shì)低洼，海拔較低，可以有更長(zhǎng)的距離留給降落傘進(jìn)行減速，減速效果越好，著陸沖擊就越小。

作為第2代火星車，勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)各重170千克，是索杰娜的16倍。而且，它們的個(gè)子也要高得多，桅桿上的單色導(dǎo)航相機(jī)的視場(chǎng)更寬廣，拍到的照片讓地球上的工作人員看起來(lái)就像身臨其境，可以更方便地操控火星車。

車身重了，可以攜帶的儀器設(shè)備也就多了。作為機(jī)器人“地質(zhì)學(xué)家”，勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)的主要目的是分析巖石的物理特性、化學(xué)成分和礦物組成。機(jī)械臂上有1臺(tái)顯微成像儀，它的功能就像地質(zhì)學(xué)家常備的手持放大鏡，可以識(shí)別出哪些石塊是水中形成的，哪些是火山噴發(fā)形成的，哪些是小天體撞擊形成的。不僅能觀察巖石中的礦脈，還能看清楚土壤顆粒的形狀和大小，分析土壤的侵蝕過(guò)程。

因?yàn)樯硥m暴的原因，幾乎整個(gè)火星表面都覆蓋了一層紅色的沙塵，走到哪里看起來(lái)都差不多。當(dāng)年，索杰娜就被這層紅色的細(xì)沙給蒙蔽了，它在著陸器周圍分析來(lái)分析去，發(fā)現(xiàn)那些沙塵的成分都基本相似?！俺砸粔q，長(zhǎng)一智”，為了揭開火星巖石的神秘面紗，科學(xué)家專門給勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)配備了不銹鋼刷頭，以清除石塊表面的灰塵。同時(shí)，還配備了1 個(gè)鉆頭，可以在巖石上打磨出幾厘米深的圓孔，然后用光譜儀分析巖石成分。

最令人驚喜的是，作為一款低成本航天器，勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)當(dāng)初的設(shè)計(jì)壽命只有短短3個(gè)月（90個(gè)火星日，1個(gè)火星日等于24小時(shí)39分鐘）。但是，它們的表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人們的預(yù)期。勇氣號(hào)運(yùn)行至2010年，工作了6年多，跑了7.7千米。機(jī)遇號(hào)一直運(yùn)行至2018年，工作了整整15年（約相當(dāng)于8個(gè)火星年），是設(shè)計(jì)壽命的近60倍。而且，機(jī)遇號(hào)還是宇宙“馬拉松”比賽的冠軍，它總計(jì)跑了45.16千米，超過(guò)1個(gè)全程馬拉松的長(zhǎng)度。