地球人入侵火星50年了！
本文经微信公众号“星球研究所”授权转载
2018年5月5日
美国加州范登堡空军基地
宇宙神5号火箭搭载着一艘飞船冲出云层
怒火点燃了黑夜
光芒划破了长空
飞船代表地球人启程
入侵火星
（图片源自@Cory Huston/NASA）
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205个地球日之后
即2018年11月26日
它的核心船员
一位全副武装的“地质学家”
将在火星地表登陆
并把一根长长的探针刺入地下
火星内部隐藏的秘密将被人类一一洞悉
这位地质学家也因此得名
洞察号（InSight）
一个来自地球的机器人
（洞察号在火星表面的想象图，探针为热流仪，另一个重要仪器为图中左下方圆形的地震仪，图片源自@NASA）
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洞察号并非孤军作战
更多的机器人入侵者早已登陆多时
最早的一位于1971年到达火星地表
距今已近
50年
只不过
这些机器人有的已经粉身碎骨
有的则深陷沙地、绝望求生
仍在“坚持战斗”的少数也是饱经风霜
即便如此
它们仍是现今人类在地外行星上
最强大的“机器人军团”
海盗1号、海盗2号、火星探路者
凤凰号、勇气号、机遇号、好奇号
无一不是战绩斐然、声名赫赫
（火星上的着陆器和火星车分布图，制图@张靖/星球研究所）
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如果再加上数量众多的
飞掠和环绕火星运行的航天器
火星已是“人声鼎沸”
（火星航天器家族，制图@Jason Davis/The Planetary Society）
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如此多的机器人
前仆后继、集聚火星
它们是在筹划一件大事吗？
Ⅰ
火星的秘密
火星是离太阳第四近的行星
位于地球与木星之间
（火星在太阳系中的位置示意图，图片源自@NASA）
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在肉眼观星的时代
火星在地球的夜空中
呈现出比周围星辰更加显著的红色
中国古人称其“荧荧如火”
（中间偏上的红色亮星为火星，中间偏下的蓝色亮星为角宿一，摄影师@P-M Hedén）
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火星的目视亮度
经常发生变化、忽明忽暗
更为诡异的是
它还会在夜空中突然逆行（Retrograde）
令人难以捉摸
火星也因此得名“荧惑”
如果逆行发生在心宿（天蝎座）
占星术士们称之为“荧惑守心”
意味着皇帝驾崩或者宰相失位
为大凶之兆
（2003年6月-10月发生的火星逆行轨迹，摄影师@Tunc Tezel）
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当天文学步入望远镜时代
1877年
意大利天文学家
斯基亚帕雷利（Giovanni Schiaparelli）
发现火星地表有许多线条状的地貌
他称这些线条为“沟渠”
但是狂热的大众更愿意相信
这些线条正是外星智慧生命开凿出的运河
延续100余年的“火星人”幻想
就此拉开帷幕
（1996年蒂姆·波顿执导的电影《火星人玩转地球》剧照）
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到了航天时代
从1960年起
人类的探测器开始在数千或上万千米处抵近观察
一个更加真实的火星被呈现出来
它拥有太阳系最大最长的峡谷之一
水手峡谷（Valles Marineris）
长约4000千米、深达7千米
横跨大半个火星
如同被上帝之剑砍削而成
（海盗1号拍摄的水手峡谷，图片源自@NASA）
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它拥有太阳系最高的山峰
奥林帕斯火山（Olympus Mons）
高度超过2万米
是珠峰海拔的2.5倍
（奥林帕斯火山，由火星环球勘测者号测绘的假色地形图，火星没有海拔的概念，山峰高度根据人为设定的基准面计算；图片源自@NASA）
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更令人兴奋的是
它还拥有宽阔蜿蜒的河床
流水曾在此奔腾而去
（火星环球勘测者号拍摄的河道，图片源自@NASA）
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这意味着
看似荒芜的火星
曾经有过湿润的时光
人们禁不住好奇
这些水流是否也曾经孕育出
欣欣向荣的生命呢？
（海盗1号拍摄的形似人脸的火星丘陵，曾被误传为火星人的形象，实际是光影造成的错视，图片源自@NASA）
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地球上的科学家也开始忙碌起来
他们在南极洲发现了一块火星陨石
编号为ALH84001
其上有类似细菌状的化石结构
极有可能是36亿年前火星上的生命遗存
（ALH84001陨石上的结构，图片源自@NASA）
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科学界沸腾了
总统激动地在白宫南草坪发表演说
（1996年美国总统克林顿关于发现火星陨石的声明，引自@NASA）
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“如果此次发现被证实，它将是科学所揭示的最令人惊叹的认知之一”
“If this discovery is confirmed, it will surely be one of the most stunning insights into our universe that science has ever uncovered”
火星是太阳系中最近似地球的天体
直径约为地球的一半
自转轴倾角、自转周期则与地球相当
有着与地球类似的四季交替
一个火星日几乎和地球日一样长
如果太阳系存在地外生命
火星一定是最有可能的那个
（地球与火星大小比较，制图@张靖/星球研究所）
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但是
想要发现外星生命
仅仅在地球上大海捞针捡拾陨石
或者远远地围绕着火星拍照
都是不够的
我们必须拿到最直接的证据
最好的办法就是
派人到火星上找
Ⅱ
出发
1969年7月20日
宇航员阿姆斯特朗迈出了他的一小步
人类仅仅用了4天时间
便从地球登上了40万千米外的月球
然而火星远比月球更加遥远
因为公转轨道的不同
火星与地球的最近端相距约5600万千米
是地月距离的140倍
最远端更是高达4亿千米
是地月距离的1000倍
（地球、火星公转及距离关系示意图，黄色为太阳、蓝色为地球、红色为火星，图片源自@NASA）
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如此巨大的距离变化
造成地球夜空中火星亮度差异显著
距离近则又大又亮
距离远则又小又暗
（地球与火星距离与火星视觉大小变化示意，图片源自@NASA）
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同样也是因为这种距离变化
才会让火星“看起来”突然逆行
（太阳系其它行星也会产生逆行，火星的逆行最明显，图片源自@NASA）
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另一方面
在实际航行中
人类还没有任何一个推进系统可以强大到
让飞船沿着火星与地球的最短距离行驶
我们必须沿着一条椭圆形的轨道
借助地球的公转速度
将飞船“甩”到火星
轨道的一端与地球轨道相切
另一端与火星轨道相切
这便是著名的霍曼转移轨道
1925年由德国数学家
沃尔特·霍曼（Walter Hohmann）
发现并命名
悲剧的是这条轨道长达4亿千米
与火星到地球的最远距离相当
（地球到火星的霍曼转移轨道，图片源自@NASA）
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通过霍曼转移轨道去往火星
仅单程就需要
6个月
比登月的4天长太多了
以20世纪人类尚显稚嫩的航天技术
苏联和美国都不约而同地选择了
机器人
1971年5月19日、28日
苏联接连发射两艘去往火星的飞船
分别携带
火星2号（Mars 2）、火星3号（Mars 3）着陆器
（火星3号，上方为着陆器，图片源自@NASA）
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以及两辆只有4.5千克的机器人
Prop-M火星车
它的双腿由两个滑板构成
可以由无线电信号在地球上远程操控
正前方的金属条可以探测障碍物
如果登陆成功
Prop-M将成为漫游火星的第一“人”
（Prop-M火星车，图片源自@NASA）
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1971年11月27日
在经历半年多的星际航行后
火星2号进入火星轨道
但此时的火星上
一场行星级的沙尘暴正在肆虐
风速高达26米/秒
尘埃在大气中弥漫不散长达1个月
火星2号着陆器以每秒6千米的速度
一头扎入风暴中
还没有来得及向地球传回数据
便和Prop-M火星车一同消失得无影无踪
它是第一个到达火星地表的人造物
虽然是以粉身碎骨的方式
（2001年一场全球性的火星沙尘暴前后对比，整个星球都被蒙上一层“沙雾”，由哈勃望远镜拍摄，图片源自@NASA）
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火星3号的情况也不乐观
1971年12月2日
它成功在火星实现软着陆
十几秒后
沙尘暴便摧毁了它的通讯系统
从此与地球失去联系
然而就在这十几秒中
它向地球传回了来自火星地表的第一张照片
照片中似乎是火星的地表与天空
但没有任何东西可以清楚辨认
（图片源自@Soviet Academy of Sciences）
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科学的高峰
有时是擦干眼泪后才攀登上去的
人类早期探索火星的任务
大约2/3都失败了
但火星始终有一种特殊的吸引力
1975年8月20日、9月9日
美国的两艘飞船
海盗1号（Viking 1）、海盗2号（Viking 2）
满载着各种仪器向火星再次进发
（海盗号，上方为着陆器，图片源自@NASA）
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11个月后
海盗1号着陆器开始进入火星大气层
地球上的NASA喷气推进实验室一片焦灼
没有人知道它的命运如何
20多分钟后
一张高清照片被传至科学家面前
海盗1号“恶作剧”般地对着自己的脚垫区域
来了一张局部“自拍”
自拍显示它已经安全抵达
且成像系统工作良好
（有裁剪，原图为宽幅，图片源自@NASA）
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随后
越来越多的图像数据以光速飞向地球
伴随着地球人的兴奋、喜悦、惊讶
火星地表的真实面貌被展现出来
这是一个空旷、贫瘠、乱石遍布的世界
富含铁元素的土壤因为氧化而显得一片橙红
连天空也被浮尘渲染
这就是地球人仰望了成千上万年的红色星球
火星
（火星地表的第一张彩色照片，海盗1号拍摄，图片源自@NASA）
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着陆后的第8个火星日
海盗1号开始分析火星的土壤
3份样品、3次实验
都检测到了强烈的气体释放
这是生命存在的信号
第23个火星日
新的分析又表明
火星土壤中没有任何有机物
矛盾
太矛盾了
与此同时
6400千米外业已安全着陆的海盗2号
也在进行着类似的实验
结果同样矛盾
对火星生命的勘察陷入困局
（海盗1号采样后在土壤中留下的沟槽，图片源自@NASA）
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之后的海盗1号、2号着陆器
继续其他方面的研究
它们使用核能作为电力来源
直到1980年4月11日
2号着陆器才因电池故障失联
1982年11月13日
一次软件更新错误地覆盖了天线指向软件
1号着陆器也陷入了沉寂
此时它已经工作超过六年
在很长一段时间内
它都是火星地表存活最久的机器人
这一纪录直到近30年后才被一位新秀打破
（海盗1号着陆器拍摄的火星日落，图片源自@NASA/Roe van der Hoorn）
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Ⅲ
更酷、更帅、更好奇
1997年7月4日
一艘全新的飞船登陆火星
火星探路者号（MESUR Pathfinder）
这是一次新技术的全面预演
大型安全气囊被应用于着陆过程
（之后勇气号与机遇号也采用了相同的着陆方式，影片《Roving Mars》模拟了全过程，以下同）
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气囊以14米/秒的速度撞击火星地表
第一次反弹高达15.7米
持续弹跳至少15次
（图片源自@《Roving Mars》）
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当弹跳停止
安全气囊排出气体
（图片源自@《Roving Mars》）
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再像莲花瓣一样打开
着陆器跃然而出
整个过程在数分钟内一气呵成
完美
（图片源自@《Roving Mars》）
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苏联人未能完成部署的火星车机器人
也在此次登陆中首次成功释放
旅居者号（Sojourner）
拥有自主式导航系统
能灵活爬过岩石
前后轮独立操控、可以就地转弯
虽然个头不大，体重只有11.5千克
但相比于之前固定不动的着陆器
却更像是一个活蹦乱跳的地质学家
可以四处漫游寻找有价值的圆卵石和砾岩
后两者都与水源密切相关
（正在勘测岩石的旅居者号，图片源自@NASA）
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探路者号工作了83个火星日
之后通讯中断
旅居者号也失去联系
如果它没有损坏
想必还在执行人类提前预设的巡游任务
东看西逛
（正在勘测岩石的旅居者号，图片源自@NASA）
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探路者号、旅居者号的成功
为更强更大的火星车铺平了道路
2004年1月3日、25日
人类的火星入侵史上
最著名的机器人双雄出场了
勇气号（Spirit）、机遇号（Opportunity）
在大型安全气囊的保护下
相继成功登陆火星
（模拟图，图片源自@《Roving Mars》）
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这是两部双胞胎火星车
每辆重达180千克
高1.5米、长1.6米、宽2.3米
携带全景相机、导航相机
以及用于分析岩石、土壤的各种仪器
依靠太阳能电力
火星车可以每小时180米的速度行驶
（勇气号/机遇号在火星上的想象图，图片源自@NASA）
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着陆之后
它们立即展开搜寻
从巨石表层研磨粉末
仔细检查土壤的微观细节
2004年3月科学家宣布
机遇号在岩石中发现液态水存在的证据
数天后
勇气号发现了盐层
极有可能是一条古湖岸线的遗迹
（勇气号的研究对象之一，火星上的著名岩石阿迪朗达克Adirondack，图片源自@NASA）
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两辆火星车的设计任务时间
都是90个火星日
而实际上
它们的工作时长超过6年
它们曾拍摄下辽阔的火星地表全景
（请将手机横屏观看，机遇号拍摄的火星毅力谷全景，最右侧可见火星车的车迹，图片源自@NASA）
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曾目睹火星“月亮”的升落交替
（勇气号拍摄的火星卫星运动，左为火卫二，右为火卫一，图片源自@NASA）
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也曾回望地球
（勇气号拍摄的火星星空中的地球，这是从月球以外的行星表面拍摄的第一幅地球图像，图片源自@NASA）
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2009年5月
奔波了5年多的勇气号
深陷沙地、无法移动
但它仍然通过对车轮搅出的泥土的分析
再次发现火星上曾存在水的证据
2010年3月
顽强的勇气号用尽了最后的能量
终结了自己的一生
（勇气号陷入沙地的想象图，图片源自@《Death of a Mars Rover》）
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它的双胞胎兄弟机遇号
却依然活力四射
一场风暴恰好吹净了
太阳能电池板上沾满的尘土
它焕然一新、电力充沛
（被尘土覆盖的勇气号太阳能电池板，机遇号的情况类似，图片源自@NASA）
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它下深坑、爬高山、越沙丘、穿平原
四处敲敲打打
截至2018年5月8日
行驶总里程已达45.16千米
创造了地球外无人探测车的最高移动里程
从少年英姿到老骥伏枥
机遇号还打破了海盗1号的纪录
在火星上存活了14年
堪称全宇宙最坚忍的地质学家
（请将手机横屏观看，NASA 2015年发布的机遇号跑完“马拉松”的海报，图片源自@NASA）
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一代新人胜旧人
人类对火星的探索从不止步
2008年5月25日
凤凰号着陆器（Phoenix）登陆火星
并接连发现水冰、火星降雪
（凤凰号着陆过程最后一步的想象图，当着陆器距离地面570米时，推进器启动，避免与地面相撞，图片源自@NASA）
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2012年8月5日
历史上耗资最贵的火星探测项目
火星科学实验室（Mars Science Laboratory）
将一辆巨大的火星车
好奇号（Curiosity）
送上了火星
（三代火星车大小比较，左为勇气号/机遇号，下为旅居者号，右为好奇号，图片源自@NASA）
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因为体型过大
安全气囊无法承载
好奇号的着陆方式再次革新
一架天空起重机（Sky Crane Maneuver）
将它悬吊起来、缓缓下降
（模拟图，图片源自@NASA）
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好奇号甫一落地
夹钳即剪断系绳
天空起重机随即飞走
（模拟图，图片源自@NASA）
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现在
辽阔的火星荒原
都交给了人类蓬勃跳动的好奇心
（图片源自@NASA）
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它不需要食物
不需要水
也从不感到孤单
甚至非常善于自拍
（好奇号自拍照，有意思的是，NASA在发布这张照片时把它的“自拍杆”PS掉了，图片源自@NASA）
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2013年9月26日
好奇号发现火星土壤中的水分高达1.5-3%
完全可以满足未来人类移民的需要
2014年12月16日
NASA宣布好奇号在火星岩石中
发现了有机物
这些都让许多人相信
我们正在接近火星生命的真相
（好奇号在岩石上取样后留下的洞，图片源自@NASA）
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Ⅳ
人类上场
近50年的火星地表探索
机器人战功卓著
现在
该人类上场了
NASA宣布
将在2030年代把人类宇航员送上火星
SpaceX的埃隆·马斯克
更是大胆提出最早在2024年就会实现这一目标
而中国几乎可以肯定
也一定会实施载人登陆火星的计划
（人类宇航员在未来拜访海盗2号着陆器的场景，图片源自@NASA）
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未来并不遥远
以现今的宇航员首次进入太空时
40岁的平均年龄计算
第一代火星人已经诞生
我们有生之年
将亲眼见证
人类成为跨星球物种
（图片源自@NASA）
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星球研究所
一群国家地理控，专注于探索极致风光
P.S. 本文主要参考文献：弗朗西斯·罗卡尔等著《火星》、罗伯特·祖布林《赶往火星》、欧阳自远/肖福根《火星探测的主要科学问题》、马克·考夫曼《火星零距离》
P.P.S. 星球研究所长期招聘地理、地质、城市规划、天文、历史、考古、生物、建筑等各领域学霸，以及视频编辑、原画师、插画师、设计师、产品经理，详情请点击菜单栏：研究所-星球研究员
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