本刊編輯部

20世紀(jì)，我們實(shí)現(xiàn)了載人登陸月球，人類第一次有能力登陸除地球外的另一個(gè)天體。21世紀(jì)上半葉，我們將實(shí)現(xiàn)載人登陸火星的夢想，這是人類航天史上最重要、最復(fù)雜的太空計(jì)劃，將對人類的未來產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

對星際空間的探索，從來都不能靠虛無縹緲的幻想，只能靠一步一步推進(jìn)科技來累積資本。根據(jù)目前的探測成果，火星上可能存在過生命和液態(tài)水，這就為人類向火星移民，開辟新的生存空間提供了希望。人類夢想通過在火星上創(chuàng)造溫室效應(yīng)，經(jīng)過一二百年的改造，使之成為太陽系中的另一顆宜居行星。

從令人畏懼的“熒惑”到解鎖奧秘的“圣地”

“熒惑守心”的真相

《漢書》中有段記載：“（漢成帝）綏和二年春，熒惑守心。二月乙丑，丞相翟方進(jìn)欲塞災(zāi)異自殺，三月丙戌，宮車晏駕?！币陨线@段文字今天看來或許顯得稀松平常，然而背后其實(shí)隱藏著一起血淋淋的政治慘劇。

綏和二年（公元前7年），西漢王朝已搖搖欲墜、民不聊生，各地相繼爆發(fā)農(nóng)民起義，再加上外戚擅政，大權(quán)幾乎全部為太后王氏一族掌握，這為王莽篡漢埋下了禍根。而此時(shí)的漢成帝卻昏聵無能、沉迷酒色，甚至連個(gè)繼位的皇子都沒有。這時(shí)，有星象家告訴漢成帝，天空中出現(xiàn)了最為兇險(xiǎn)的“熒惑守心”天象，這是帝王駕崩的噩兆。漢成帝十分害怕災(zāi)禍會降臨到自己頭上，于是下詔書將丞相翟方進(jìn)斥責(zé)一通，說他辦事不力，以致政事紊亂、天災(zāi)不斷，皇帝的性命恐怕難保，逼令丞相“君其自思，強(qiáng)食慎職”。翟方進(jìn)看罷詔書，只好盡忠自殺，以此來為皇帝擋住災(zāi)禍。盡管如此，不出一月，正值壯年的漢成帝還是暴斃而亡，十多年后西漢王朝也被王莽篡滅。

翟方進(jìn)身為丞相卻要因“熒惑守心”的天象自殺，背后必然有復(fù)雜的政治斗爭。盡管如此，從中我們也可以看到，在天人感應(yīng)思想的影響下，中國古代天文學(xué)緊密地與星占、術(shù)數(shù)相結(jié)合，帶有濃厚的人文精神及非科學(xué)色彩，這一特點(diǎn)不僅僅表現(xiàn)在政治上，對當(dāng)時(shí)古代社會的方方面面都有影響。不過，也正是由于官方對天文的重視，我國歷代累積了非常豐富的天象記錄，其中部分觀測資料仍有助于現(xiàn)代的天文研究。

那么，“熒惑守心”究竟是怎樣的一種天象呢？“熒惑”兩字的本義是使人迷惑、炫惑的意思。肉眼可見的5顆行星中，火星的顏色紅亮，亮度變化很大，運(yùn)動軌跡最為復(fù)雜，時(shí)常令人感到迷惑，因此古人又將火星稱作“熒惑”。而“心”是指古代二十八宿之一的心宿，心宿中最亮的星即是我們熟知的天蝎座中的心宿二，這是一顆紅巨星，顏色鮮紅明亮，似熊熊火焰，故又稱“大火”?！妒酚洝分杏小盁苫鬄樨?，外則理兵、內(nèi)則理政……”的記載，意思是火星與災(zāi)禍相關(guān)聯(lián);而心宿是天上“明堂”之所在，心宿二是帝王的象征。在古人眼里，二者相遇自然對君王不是什么好的征兆。

行星本在軌道上運(yùn)行，因?yàn)橄鄬Φ厍蛭恢玫淖兓?，在星空背景上也就不斷變換著位置。行星在天空的視運(yùn)動有時(shí)順行（由西向東運(yùn)動），有時(shí)逆行（由東向西運(yùn)動），順行和逆行之間有一個(gè)時(shí)刻，行星看起來是停留不動的，叫做“留”。當(dāng)火星在心宿內(nèi)發(fā)生“留”現(xiàn)象，便稱為“熒惑守心”。

其實(shí)，“熒惑守心”這一現(xiàn)象大約每50年左右會發(fā)生一次，最近的一次發(fā)生在2016年。有學(xué)者統(tǒng)計(jì)，中國史書中涉及“熒惑守心”的記載僅有23次，但其中包括漢成帝二年的這次在內(nèi)的17次記錄其實(shí)并未發(fā)生，因此推斷這些記錄是為附會時(shí)事相應(yīng)而做的造假記錄。中國古代天文學(xué)在皇權(quán)的束縛下扭曲發(fā)展的情況，由此可見一斑。

科幻的源泉

火星詭異的運(yùn)動令古人感到疑惑，偏紅的顏色又讓人聯(lián)想到“血”與“火”，所以中國古人視之為“熒惑”，古巴比倫人將它與死神內(nèi)爾伽勒聯(lián)系在一起，古希臘人則將它視為“戰(zhàn)神”。這類聯(lián)想一直延續(xù)到了近代和現(xiàn)代，并且影響到了科幻小說家乃至部分科學(xué)家，使他們作出了一廂情愿的“發(fā)現(xiàn)”，其中最著名的無疑是所謂的“火星運(yùn)河”。

1877年，火星和地球運(yùn)行到了它們相對軌道上最靠近的點(diǎn)，天文學(xué)家紛紛將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)火星展開詳細(xì)的觀測。意大利天文學(xué)家斯基帕雷利驚異地發(fā)現(xiàn)，在火星的圓面上布滿了極細(xì)的由直線構(gòu)成的復(fù)雜圖樣。他把這些線條叫作“Canali”，意思是“溝渠”，但被人誤譯成了英文“Ca -nal”（即“運(yùn)河”），暗示它們是人工的構(gòu)造，并由此推測火星上存在著智慧生命。這一“發(fā)現(xiàn)”被媒體大肆報(bào)道，轟動一時(shí)。

1894年，美國天文學(xué)家羅威爾出資在亞利桑那州一片海拔2000多米的高原上建立了一個(gè)天文臺，其主要使命就是觀測“火星運(yùn)河”。截至1916年他去世時(shí)，羅威爾總共記錄下了700多條“火星運(yùn)河”。要知道那時(shí)候人們剛剛耗費(fèi)巨資成功開掘了巴拿馬運(yùn)河，這是一項(xiàng)高科技的超大型工程。天文學(xué)家的這些“發(fā)現(xiàn)”極大地豐富了當(dāng)時(shí)人們對火星人的想象。在人們的想象中，火星人精通數(shù)學(xué)、擅長發(fā)明，掌握了比人類更高超的技術(shù)。于是，關(guān)于火星人入侵地球的科幻小說或科幻影片風(fēng)靡一時(shí)。

隨著天文學(xué)的發(fā)展和航天時(shí)代的到來，火星上存在高等生命和運(yùn)河的說法銷聲匿跡了。但人們探測火星生命的熱情從未消減，火星依舊是除地球以外的其他太陽系行星中表面存在生命的最后希望，吸引著人們不斷發(fā)射探測器，進(jìn)行在軌或登陸探測。

火星迎來探測時(shí)代

人類進(jìn)入太空時(shí)代，便迫不及待地開始對火星進(jìn)行探測。最先到達(dá)火星，并成功開展探測的是美國發(fā)射的“水手4號”探測器。1965年7月14日，“水手4號”在火星表面9800千米的上空掠過，向地球發(fā)回了21張照片。它發(fā)回的數(shù)據(jù)表明，火星的大氣密度遠(yuǎn)比此前人們認(rèn)為的稀薄。1971年11月14日，“水手9號”到達(dá)火星，成為有史以來第一枚成功進(jìn)入環(huán)繞火星軌道的探測器。它在火星軌道上工作了將近一年之久，發(fā)回了覆蓋火星表面超過80%面積的7329張照片，同時(shí)還對火星的2顆衛(wèi)星進(jìn)行了探測，取得了空前的成功。

1976年6月20日和9月3日，美國的“海盜1號”和“海盜2號”著陸器分別在火星黃金平原西坡和烏托邦平原成功著陸，成為首個(gè)成功登陸火星的衛(wèi)星。1997年7月4日，美國“火星探路者號”探測器在火星表面著陸，它攜帶的“索杰納號”火星車，是人類送往火星的第一部火星車。

進(jìn)入21世紀(jì)，人類對火星的探測更加頻繁，美國、歐洲、俄羅斯、印度等國家或地區(qū)先后成功向火星發(fā)射了不同的軌道探測器、著陸器和火星車，探測研究的目標(biāo)和內(nèi)容更加廣泛、全面和深入，人們對火星的認(rèn)識也達(dá)到了前所未有的高度。

人類開展火星探測任務(wù)主要有兩大科學(xué)目標(biāo)：一是尋找火星生命;二是研究火星的形成與演化歷史。

在尋找火星生命方面，主要聚焦在尋找水，尤其是液態(tài)水，以及有機(jī)物及其他生命活動跡象。目前，人們已經(jīng)找到了火星次表層存在水冰的證據(jù)，并得到了可能的水冰分布情況;發(fā)現(xiàn)了風(fēng)化鹽類礦物和含水硫酸鹽礦物等，表明火星曾經(jīng)可能有水存在;發(fā)現(xiàn)火星表面廣泛存在的類似河道的地貌特征，可反演出火星古海洋和古水系的水體運(yùn)動過程;發(fā)現(xiàn)了火星南極高原冰蓋深處的湖泊，表明火星表層深處可能存在更多穩(wěn)定的液態(tài)水，擁有適合微生物等生命體生存的條件;發(fā)現(xiàn)火星上有古老的有機(jī)分子和季節(jié)性變化的甲烷。不過，科學(xué)家們迄今還未找到火星上存在過生命的直接證據(jù)。

在研究火星的形成與演化方面，人們也積累了大量關(guān)于火星大氣和外圍空間環(huán)境，以及火山、峽谷、巖石、土壤等火星表面地理特征的探測數(shù)據(jù)，并開展了對火星磁層、電離層、大氣層，以及火星地形和物質(zhì)組成演化過程等的研究。

值得一提的是，人類迄今在地球上共找到了200多塊火星隕石。通過對這些火星隕石樣品進(jìn)行研究，幫助人們了解了火星形成演化的歷史，也有助于人們尋找火星生命。例如，人們在一塊南極找到的火星隕石（ALH84001）中發(fā)現(xiàn)了大量疑似細(xì)菌形狀的“化石”，并在隕石破裂表面發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦、黃鐵礦顆粒及大量多環(huán)芳烴（PAHs）等可能與火星生命相關(guān)的線索。很多研究者都相信，火星在古代有著適合生命存在的合適條件，相信生命可能在火星上誕生并繁衍過。這些都值得未來科學(xué)家們?nèi)ド钊胩剿鳌?/p>

人類之所以對探測火星抱有極大熱情還在于它是地球的近鄰?；鹦呛偷厍蜻@2顆45億年前在相仿的條件下形成的行星，有極為相似的特征。但是它們經(jīng)歷了截然不同的演進(jìn)路徑，因而對火星進(jìn)行探測和研究對于認(rèn)識我們居住的地球環(huán)境，特別是認(rèn)識地球的長期演化過程，對推演人類未來命運(yùn)都是十分重要的。

大約每26個(gè)月，會有一次火星沖日，屆時(shí)地球與火星之間的距離大大縮短，這一時(shí)間點(diǎn)是實(shí)施火星探測的絕佳窗口期。最近一次的火星探測器“發(fā)射窗口”將在2020年7月。

2019年10月11日，中國航天科技集團(tuán)首次公開了中國火星探測器的照片。11月14日，我國火星探測任務(wù)公布。我國首次火星探測任務(wù)計(jì)劃于2020年7月?lián)駲C(jī)實(shí)施，并計(jì)劃在2021年之前讓“火星一號”（暫定名）火星探測器降落在火星，目標(biāo)是通過一次發(fā)射任務(wù)，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞和著陸巡視，開展火星全球性綜合探測，并對火星表面重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行精細(xì)巡視勘查。

讓我們期待我國火星探測任務(wù)能夠圓滿完成，并期待此次任務(wù)會有大量發(fā)現(xiàn)和驚喜?；鹦墙K將從古人畏懼的“熒惑”變成人類揭開宇宙奧秘的“圣地”！

人類探索火星之路

你可以拿起手機(jī)，在應(yīng)用商店搜尋星空、星圖、認(rèn)星等關(guān)鍵詞，選一個(gè)應(yīng)用軟件安裝好。打開設(shè)置，把軟件中的位置設(shè)置成自動定位或自己所在的城市。之后，把手機(jī)對準(zhǔn)夜空，四處搜尋，找到火星的位置。然后，放下手機(jī)，靜靜地凝視。

或者如果有簡易的望遠(yuǎn)鏡，你還可以看到它若隱若現(xiàn)、或明或暗、略帶一絲暗紅色，那就是火星。當(dāng)我們還在仰望星空，以為火星遙不可及的時(shí)候，火星探測已經(jīng)走過了50多年的歷史。

“索杰娜”：火星上的“探路先鋒”

1960年，蘇聯(lián)發(fā)射了人類歷史上第一個(gè)火星探測器——“火星1號”，但并不成功，接著連續(xù)5次都未能實(shí)現(xiàn)航天器脫離地球飛向火星。直到1965年，美國的“水手4號”首次成功飛越火星，傳回了幾張模糊的火星照片。

到目前為止，美國、蘇聯(lián)（俄羅斯）、歐洲航天局（ESA，歐空局）、日本、印度等都曾經(jīng)探測過火星。在40多次火星探測任務(wù)中，既有環(huán)繞火星的軌道器進(jìn)行遙感探測，也有登陸火星表面的著陸器進(jìn)行定點(diǎn)探測，還有4輛小車在火星表面巡視勘察，其中一輛目前還在正常工作。

在各種類型的火星探測任務(wù)中，登陸火星毫無疑問是其中難度最大的，代表了當(dāng)今火星探測的最高水準(zhǔn)。俄羅斯、歐洲接連失敗，成功的只有美國。如今，中國正在挑戰(zhàn)這一紀(jì)錄，“天問一號”火星探測器中有一輛中國人自主研制的火星車，計(jì)劃于2021年初登陸火星。

1996年發(fā)射升空、1997年7月4日成功登陸的火星車“索杰娜”（也有人翻譯為“旅居者號”），這個(gè)女性化的名字是為了紀(jì)念一位在美國南北戰(zhàn)爭期間積極反對奴隸制度、爭取婦女權(quán)利的女奴索杰娜·特魯斯（Sojourner Truth）。

“索杰娜”是一輛小型火星車，僅10.6千克，是美國火星探路者號（Mars Pathfinder）計(jì)劃的一部分。登陸火星前，它與著陸器合為一體。折疊之后的車身高度只有18厘米，也就一個(gè)足球直徑那么高。登陸后，展開后的火星車長65厘米、寬48厘米、高30厘米。搖臂轉(zhuǎn)向架可以檢測到20厘米高的巖石，如果火星車有側(cè)翻危險(xiǎn)，坡度感應(yīng)器會發(fā)出警報(bào)。因?yàn)閭€(gè)子太矮，它拍攝的照片總是仰視視角，火星上的石塊看起來都很奇怪，特別高大。

“索杰娜”的設(shè)計(jì)壽命只有一星期。它的上甲板鋪設(shè)了一層太陽能電池，所有的能量就來源于此。它走得很慢，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。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”的探測設(shè)備也很簡單，只在火星車后部安裝了一個(gè)簡易的彩色攝像頭和一臺能譜儀。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，分析過程往往需耗時(shí)數(shù)小時(shí)，才能識別出巖石中的化學(xué)元素。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家可以確定巖石中的礦物成分，并回答這些石頭是在什么樣的環(huán)境中形成的。

作為第一代火星車，“索杰娜”雖然個(gè)子小，功能簡單，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。

“勇氣號”和“機(jī)遇號”：表現(xiàn)遠(yuǎn)超預(yù)期

“勇氣號”和“機(jī)遇號”是美國的一對“雙胞胎”火星車，不僅外形長得一模一樣，連攜帶的探測設(shè)備也完全相同。這對小哥兒倆分別于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。

作為第二代火星車，“勇氣號”和“機(jī)遇號”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)的視場更寬廣，拍到的照片讓地球上的工作人員看起來就像身臨其境，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”和“機(jī)遇號”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。

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，就像一位蒙著面紗的少女，給人以神秘的印象，如霧里看花。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分析去，發(fā)現(xiàn)那些沙塵的成分都基本相似?！俺砸粔q，長一智”，為了揭開沙塵下面的火星巖石的神秘面紗，科學(xué)家專門給“勇氣號”和“機(jī)遇號”配備了不銹鋼刷頭，以清除石塊表面的灰塵。同時(shí)，還配備了一個(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”和“機(jī)遇號”當(dāng)初的設(shè)計(jì)壽命只有短短3個(gè)月，但是它們的表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人們的預(yù)期?！坝職馓枴边\(yùn)行至2010年，工作了6年多，跑了7.7千米?！皺C(jī)遇號”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”還是宇宙“馬拉松”比賽的冠軍，它總計(jì)跑了45.16千米，超過一個(gè)全程馬拉松的長度。

“好奇號”：把實(shí)驗(yàn)室搬到火星上

經(jīng)常會有人問，為什么要做這么多次火星探測？這些任務(wù)都有什么不同？

的確，每一項(xiàng)火星探測任務(wù)都不相同——要么是技術(shù)的進(jìn)步，要么是全新的探測目標(biāo)。太陽系中值得探測的目標(biāo)太多了，不允許把有限的經(jīng)費(fèi)投到一個(gè)沒有足夠創(chuàng)造性的項(xiàng)目中去。

美國的“好奇號”是第三代火星車，更重、更大，功能也更強(qiáng)大?！昂闷嫣枴笔且晃蝗A裔小學(xué)生馬天琪給它取的昵稱，它真正的名字叫火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)名字恰如其分地體現(xiàn)了它的功能和價(jià)值。它的外形大小與一輛私人轎車差不多，重約900千克，相當(dāng)于“勇氣號”或“機(jī)遇號”的5倍。因?yàn)樘痔?，所以不能像第二代火星車那樣用安全氣囊彈跳的方式登陸?/p>

為此，“好奇號”研發(fā)了一種全新的登陸方式——空中吊車?？罩械踯嚺c“好奇號”合體進(jìn)入火星大氣。當(dāng)離地面高度還有1600米時(shí)，空中吊車開始啟動，與降落傘脫離，8臺發(fā)動機(jī)點(diǎn)火反推進(jìn)行減速。當(dāng)離地面高度只有20米時(shí)，空中吊車在空中懸停，釋放出一根纜繩，吊著火星車緩緩降落到火星表面。一旦感知火星車已經(jīng)接觸地面，空中吊車主動割斷纜繩，飛到他處自殺式墜毀。這種登陸方式不僅可以把更重的設(shè)備運(yùn)送到火星表面，還會使設(shè)備受到相比用氣囊著陸時(shí)更緩和的沖擊。

“好奇號”的設(shè)計(jì)壽命為兩年，但自2012年8月登陸至今始終狀態(tài)良好，是唯一仍在正常運(yùn)行的火星車。雖然“好奇號”走得很慢，最快的時(shí)候也不到1厘米/秒。但經(jīng)過長途跋涉，目前已經(jīng)行駛了22千米。

“好奇號”上配備了9臺科學(xué)儀器和一個(gè)火星環(huán)境探測包，光是相機(jī)就有3臺。它的機(jī)械臂功能強(qiáng)大，能抓、能鏟、能鉆探，還能研磨、篩選，把研磨后的樣品轉(zhuǎn)移到測試盒，添加化學(xué)試劑，進(jìn)行加熱，測量光譜數(shù)據(jù)，得到顯微圖像。地球上普通巖礦實(shí)驗(yàn)室能完成的常規(guī)分析任務(wù)，“好奇號”都能獨(dú)立完成，就像把一個(gè)功能完整的實(shí)驗(yàn)室搬到了火星上。

在第40個(gè)火星日，“好奇號”發(fā)現(xiàn)了一片鵝卵石。在考察過程中，“好奇號”還發(fā)現(xiàn)蓋爾環(huán)形山內(nèi)曾經(jīng)的湖泊是一個(gè)淡水湖，而酸堿度為中性的淡水環(huán)境顯然更適合生命的誕生。另一項(xiàng)與生命有關(guān)的發(fā)現(xiàn)是“好奇號”檢測到了大氣中的甲烷，雖然含量不算高，但這可能意味著生命活動的跡象，不過還需要更多的證據(jù)。

“好奇號”，這輛充滿好奇的核動力“航母”仍然在執(zhí)著向前，它的探索使命仍未終結(jié)。

2020年，中國來了

2020年夏天是每隔26個(gè)月一次的火星發(fā)射窗口，有多個(gè)探測器奔赴火星。美國人自然不會錯(cuò)過，他們計(jì)劃啟用另一臺空中吊車，攜帶另一輛火星車登陸火星。在航天任務(wù)中，歐空局既跟美國合作，也跟中國和俄羅斯合作。不過，歐空局和俄羅斯宇航局3月12日突然宣布，因?yàn)樾鹿诜窝滓咔?，任?wù)推遲兩年。

2020年4月24日，第5個(gè)中國航天日之際，備受關(guān)注的中國首次火星探測任務(wù)名稱、任務(wù)標(biāo)識正式公布。中國行星探測工程被命名為“天問（Tianwen）”系列，首次火星探測任務(wù)命名為“天問一號”，后續(xù)行星探測任務(wù)依次編號。“天問”這一名稱源于2300多年前愛國詩人屈原寫的長詩，表達(dá)了中華民族追求真理，探索宇宙的文化傳承。

“天問一號”是中國繼探月工程之后首次開啟行星探測的大幕，踏出自主探測火星的第一步。中國是火星探測的后來者，但后來不代表落后，在漢語中還有后起之秀、后來居上的成語典故。

在首次火星探測中，中國科學(xué)家和航天工程師既要慎之又慎、確保任務(wù)成功，又要有創(chuàng)新和突破，回應(yīng)公眾對科技進(jìn)步的期待。根據(jù)計(jì)劃，我國首次火星探測任務(wù)將綜合采用環(huán)繞、著陸、巡視探測3種方式。既有軌道器環(huán)繞火星，又有著陸器登陸火星，還有火星車巡視火星表面。在其他國家要通過2～3次任務(wù)才能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，我們要一次實(shí)現(xiàn)。這種組合探測的技術(shù)更復(fù)雜、任務(wù)難度更大。

有了醋酸作為原材料，我們可以生產(chǎn)丁醇，丁醇可在液體管道中實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)輸，所以被稱為未來可以替代石油的新型燃料;此外，利用醋酸，我們還可以通過聚合反應(yīng)合成高分子材料，以及青蒿素等藥物中間體。

這些都將是人類未來在火星上生存下來所必不可少的化學(xué)品。此外，火星上的氣體中含有4%的氮?dú)?，若能利用人工光合作用系統(tǒng)將氮?dú)夂铣砂被臀铮纯蔀橐泼裾咛峁┳銐虻姆柿戏N植各類農(nóng)作物，不必像《火星救援》的男主角那樣窘迫。

只要在火星上成功打開人工光合作用這一潘多拉寶盒，將有越來越多化學(xué)必需品被源源不斷生產(chǎn)出來，充分滿足人類的生存需求，助力移民先驅(qū)們開疆拓土，創(chuàng)造一個(gè)全新的人類宜居世界！

尋找人類的第二家園

15-16世紀(jì)之交，新航路的開辟和“新大陸”的地理發(fā)現(xiàn)是影響人類歷史發(fā)展進(jìn)程的重大事件。如今，當(dāng)人們用新的目光瞄向古老的星空時(shí)，尋找適合人類生存的第二家園就成了全人類的期待。

在太陽系的8顆行星中，土星、木星、天王星和海王星是氣態(tài)行星，且距離地球比較遠(yuǎn);水星、金星和火星是固態(tài)行星，屬于類地行星，距離地球比較近。從人類自身的需求考慮，固體行星更利于人類開發(fā)利用，因此也更受科學(xué)家們的青睞。

在所有的太陽系天體中，乍看起來，火星很像地球。它是緊靠地球外側(cè)運(yùn)行的行星?；鹦桥c太陽之間的平均距離為1. 52A1f（天文單位），公轉(zhuǎn)周期為687地球日（1. 88地球年），自轉(zhuǎn)周期為24小時(shí)37分22.6秒，平均火星日為24小時(shí)39分35.244秒?；鹦桥c地球相近，也是歪著身子繞太陽旋轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)軸傾角為25. 19度，因此也有四季，只是季節(jié)長度約是地球的2倍?；鹦潜砻嬉部蓜澐殖鰺釒?、南北溫帶、南北寒帶5個(gè)氣候帶。火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也和地球一樣，從內(nèi)而外是火星的地核、地幔和地殼，并且表面也擁有一層大氣層?；鹦巧线€有平原、火山、峽谷、高原等各種地貌，甚至還有大量的河床、海床和沉積物等地貌，表明這顆紅色星球曾經(jīng)有大量的液態(tài)水存在……所有這一切都在暗示它與地球可能像兄弟一般相似。難怪人們把火星比作是“天空中的小地球”，在火星這個(gè)奇妙的舞臺上，寄托著我們的希望和幻想！

火星檔案

不過真正的火星是一個(gè)殘酷的世界，它的真實(shí)面目遠(yuǎn)比我們一廂情愿的認(rèn)識要復(fù)雜得多。

火星到太陽的距離大約是地球到太陽距離的1.5倍，所以火星接收到太陽的光和熱只有地球的43%，火星上的平均溫度大約為55℃，但四季溫差巨大，從冬天的133℃到夏日白天的將近27℃?；鹦堑某嗟腊霃綖?395千米，約是地球的一半。而其體積還不到地球的1/6，質(zhì)量僅是地球的1/10，重力加速度是地球的1/3多一點(diǎn)，這意味著在火星上被我們大力踢出的足球，足足可以飛到800米開外?；鹦潜砻娴钠骄髿鈮簭?qiáng)大約為7毫巴，還不到地球（760毫巴）的1%，相當(dāng)于地球海拔32千米處的大氣壓，人體在沒有防護(hù)的情況下置身其中，人會因血液迅速汽化而死亡?；鹦堑拇髿獬煞峙c地球大為不同，稀薄的大氣主要是由遺留下來的二氧化碳（95.3%）加上氮?dú)猓?.7%）、氬氣（1.6%）和微量的氧氣（0.15%）以及水汽（0.03%）組成。稀薄而干燥的大氣層無法阻擋太陽紫外線的輻射，更無法有效防御頻繁的小行星撞擊。

盡管火星的大氣很稀薄，但是火星表面的風(fēng)速卻不含糊，可高達(dá)180米/秒多，每年都要刮起含有大量塵粒的風(fēng)暴，像巨大的黃龍一般橫掃大地，將火星攪得天昏地暗。大風(fēng)暴有時(shí)會席卷整個(gè)星球，火星上空70～80千米都被塵埃所籠罩。干燥異常的大氣加上沙塵暴，使得火星表面大部分成為遍布巖石和砂礫的荒蕪之地?；鹦堑耐寥乐泻写罅康难趸F，由于長期受紫外線的照射，就生成了一層紅色和黃色的氧化物。大氣中的微塵也使天空呈現(xiàn)為橙紅色，整個(gè)火星看上去就像是一個(gè)生了銹的世界，分外荒涼。

火星荒蕪的真相

目前，所有的科學(xué)研究均清晰地表明，火星是一顆“死”行星，火星上沒有生命，也不適合人類直接在上面居住。但是另一方面，在火星上搜集到的大量證據(jù)表明，在遠(yuǎn)古的火星上，海洋、河流、足夠的大氣、雷暴等等都是常見的，與今天的地球有著極高的相似度，火星過去很可能擁有生命。那么，是什么原因造就了今天地球是太陽系中唯一擁有生命的行星，而火星卻是一顆生命荒蕪的“死”行星呢？

火星的荒蕪受多種因素影響，但最重要的一點(diǎn)是個(gè)頭，這早在出生時(shí)刻就已經(jīng)注定了。現(xiàn)代理論認(rèn)為，太陽系是從氣體和塵埃組成的原太陽星云收縮演化而來的。在太陽系演化早期，太陽星云的核心形成了太陽，周圍的物質(zhì)逐漸落入環(huán)繞太陽的原行星盤中，原行星盤內(nèi)物質(zhì)吸聚成為小星子，小星子相互碰撞結(jié)合又組成了行星胚胎，行星胚胎繼續(xù)吸積軌道周圍的物質(zhì)，最終生長成為行星。理論上，在木星軌道內(nèi)越遠(yuǎn)離太陽，行星軌道周長越大，能夠吸積的物質(zhì)越多，最終形成的行星質(zhì)量就越大。在4顆類地行星當(dāng)中，居內(nèi)側(cè)運(yùn)行的3顆行星——水星、金星和地球均符合這一規(guī)律。但是火星的質(zhì)量卻大幅減小，只有地球的1/10。造成這一結(jié)果的“罪魁禍?zhǔn)住本褪墙裉煨行侵械木逕o霸——木星。在太陽系演化早期，由于木星快速演化，周圍物質(zhì)被大量吞噬，木星引力影響的范圍越來越廣，導(dǎo)致了火星軌道處的物質(zhì)越發(fā)貧瘠，火星的個(gè)頭也因“營養(yǎng)不良”長不大。其實(shí)最悲催的還不是火星：找到一張?zhí)栂档缺壤牡貓D，你就會發(fā)現(xiàn)，這火星和木星軌道間的縫隙怎么看都有點(diǎn)大。如果加上主帶小行星的軌道，圖片立刻顯得和諧很多。其實(shí)小行星帶那里原本應(yīng)該存在一顆大行星，但是那里的大部分物質(zhì)都被木星所吸積了，所剩的“殘羹冷炙”太少，使得行星胚胎無法繼續(xù)生長而保持了小行星的狀態(tài)，那顆“胎死腹中”的行星才是最大的受害者。看來弱肉強(qiáng)食的規(guī)則在行星之間也是成立的。

火星的化學(xué)組成與地球類似，并且有著與地球相似的形成和早期演化過程，甚至也有過濕潤而適合生命演化的環(huán)境。但它的個(gè)頭天生比地球小，注定了它后期的悲涼命運(yùn)。個(gè)頭小這就意味著火星的引力更弱，因此火星大氣中的氣體分子，包括水分子，都從輕而易舉地從火星表面逃逸。同時(shí)，較小的引力也意味著火星上的山可以更高，谷可以更深而不會受自身重量崩塌。火星本身較小的尺寸也使得核心放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量更容易散失，內(nèi)部早早地冷卻，從而使得火星上的火山活動停止，全球磁場也跟著消失?；鹦侨鄙倭嘶鹕交顒樱髿鈱拥貌坏叫行莾?nèi)部氣體的補(bǔ)充，而磁場的消失，使得太陽風(fēng)粒子可以從行星表面直接吹過，加速大氣的逃離，表面的海洋也跟著蒸發(fā)了，因而使它成為一個(gè)干燥而荒蕪的星球。

當(dāng)然，人類在火星探索中也獲得了令人欣喜的消息：火星表層和深處可能存在大量穩(wěn)定的液態(tài)水。水，尤其是液態(tài)水被認(rèn)為是生命存在的必要條件，更是人類未來想要在火星上長期生存所需要開發(fā)利用的重要資源?；鹦堑膬蓸O存在巨大的白色極冠，極冠主要由大約2000米厚的水冰層和數(shù)米厚的干冰層組成。若把極冠中的冰全部融化成水，可在火星表面形成10米深的大海。由于火星氣候寒冷，兩極極冠都是永久的，但是會隨著季節(jié)的變化消長，火星地表以下以及南極高原冰蓋深處還存在湖泊。此外，表層也發(fā)現(xiàn)了液態(tài)水存在的證據(jù)。

盡管火星不適合人類直接居住，但是放眼整個(gè)太陽系，在火星上“就地取材、因地制宜”建造航天基地卻有著眾多的便利，火星仍然是人類征服太空的理想跳板。

人類的下一個(gè)棲息地

讓我們把目光投向更遠(yuǎn)處的星空，銀河系中存在上千億顆恒星，宇宙中又有數(shù)百億個(gè)星系，太陽系之外的恒星周圍是否會有類似地球環(huán)境的行星存在？那里能否成為人類生存的第二個(gè)家園？

這個(gè)問題并不是從現(xiàn)代才開始思考的。早在公元前4世紀(jì)，亞里士多德就曾提出過一個(gè)哲學(xué)命題——“我們在宇宙中是否孤獨(dú)？”。問題的答案，隨著人類文明和科學(xué)的發(fā)展逐漸清晰起來。自1995年第一顆圍繞主序星的系外行星被天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，到今天，人們已經(jīng)有多種探測手段來發(fā)現(xiàn)系外行星。目前，天文學(xué)家在銀河系中發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)的系外行星已超過4000多顆，特別是開普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了超過2300多顆行星。這些行星大小不一、形態(tài)各異，包括熱木星、亞海王星、類地行星、超級地球等類型。在這些行星當(dāng)中，那些位于類太陽型恒星的宜居帶、與地球類似的所謂宜居行星是人類追尋系外行星探測的終極目標(biāo)。這類行星直徑大約在地球的0. 5～1.5倍之間，可以擁有巖質(zhì)的表面和大氣。軌道在寄主恒星的“宜居帶”內(nèi)，即根據(jù)中央恒星的類型和輻射強(qiáng)度，與中央恒星相隔一段合適的距離，使得此處的行星表面平均溫度能夠使液態(tài)水穩(wěn)定存在。此外，我們也希望它能同時(shí)擁有與地球一樣的磁場和大氣，可以保護(hù)生命免受星際輻射和其他小天體撞擊的危害。盡管目前天文學(xué)家已發(fā)現(xiàn)數(shù)十顆宜居行星，但是它們的宜居條件與地球相比還是相距甚遠(yuǎn)。

近幾年，我們經(jīng)常從媒體上聽到“地球2.O”的天文發(fā)現(xiàn)，但是要發(fā)現(xiàn)真正的“地球2.O”，依然是長路漫漫。比如迄今發(fā)現(xiàn)“最接近地球”的系外宜居行星開普勒452b，雖然它與恒星之間的距離接近日地距離，不過它的直徑是地球的1.6倍，質(zhì)量是地球的5倍，與地球的差異依然巨大。

此外，我們對系外行星的搜尋仍然受關(guān)鍵技術(shù)的限制：首先，我們很難獲取較小的系外行星的光譜，因此對行星本身的了解就非常受限，這一狀況甚至在未來幾十年中都很難改變;其次，現(xiàn)有的方法尚不能有效地探測出距離最近的恒星周圍的潛在宜居行星。即使有一天，我們真的找到了和地球一樣宜居的行星，遙遠(yuǎn)的星際距離和沒有堪當(dāng)大任的宇航技術(shù)恐怕也會成為抵達(dá)這個(gè)宜居行星難以逾越的鴻溝。

正如2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、致力于系外行星探測的天文學(xué)家迪迪埃·奎洛茲和米歇爾·麥耶指出的那樣：“所謂星際移民是既不負(fù)責(zé)任又徒勞的想法。好好保護(hù)我們唯一賴以生存的家園——地球才是王道?！?/p>