火星,可能是日月之外人类最早注意到的天体之一,火红色的整体外观更是让这颗行星格外惹人关注。古埃及人就曾直接称火星为“红色的那颗”。在许多文化里,红色的火星都和“战争、不祥”建立了联系。中国古人称火星为“荧惑”。早在春秋战国时期,诸子百家的著作中就大量出现了对“荧惑”的记载。“荧惑守心”这一地球和火星角速率不同造成的“弯道超车”视觉现象,被中国古人视为大凶之兆。
英文的火星“Mars”则是罗马神话中战神“玛尔斯”的名字,连带着两颗小小的卫星都被命名为Phobos和Deimos,这是希腊神话中战神两个儿子的名字,意为“害怕”、“恐怖”。
十七世纪,望远镜问世。但在此后的三百多年里,人类主要借助火星冲(日地火近似呈一条直线)这样的“自然窗口”才能更清楚地看到火星表面形貌。
在每26个月一次的火星冲附近,火星可以达到离地球最近的位置,许多火星表面地图,都是天文学家们基于火星冲时期的观测绘制的。1840年,德国天文学家约翰·海因里希·冯·马德勒和威廉·比尔发布了第一张完整的火星地图,这也是第一张用经纬度标注地球以外行星的地图:火星的0度经线被定义在小型撞击坑艾利-0所在之处。
此后三十年间,也有各种版本的火星地图陆续问世,但最终一统江湖的,还是时任意大利布雷拉天文台台长的乔凡尼·斯基亚帕雷利基于1877年火星大冲时期的观测绘制的火星地图。似乎一切都在向着越来越好的方向发展,彼时的人类虽然装备有限,但依然在一点一点增进对火星的了解。只是,谁也不知道为啥这路走着走着就走歪了。
从彼时的权威人士乔凡尼·斯基亚帕雷利开始,一些天文学家认为自己通过望远镜在火星表面看到了越来越多“线性沟槽”。在此后的近百年里,人们开始相信火星表面确实“阡陌交通、沟壑纵横”,这些“沟槽”是火星人为灌溉而建造的“运河”。于是,这些压根不存在的“火星沟槽”又让人们与火星表面的真实形貌渐行渐远,也让“火星运河”和“火星人”的错误观念一度深入人心。
直到探测器时代来临,这些迷雾才终于被无可争议的观测事实所拨开。
如果说望远镜的发明“升级”了人类的肉眼,那探测器的登场则为人类的凡胎插上了翅膀。和“想要近距离看清火星”的望远镜时代相似,想要“近距离探测火星”,依然需要等待每26个月一次的“窗口期”,只不过,这次的窗口期从“火星冲”这样“距离上的最近”变为了让探测器最节省燃料的“能量上的最近”。
每当火星相对于太阳的位置领先于地球44度角左右的时候,从地球发射的探测器经过一个椭圆轨道后刚好会在几个月后与火星自然相遇,这样的时机每26个月出现一次。
在1964年的火星发射窗口里,NASA一口气先后发射了孪生机水手3号和4号。11月5日发射的水手3号,在发射阶段就遇到了一箩筐问题:探测器没能完全从头锥中弹出、太阳能板没能展开、电池耗尽,最终发射失败。
但正是这些问题的发现为弟弟水手4号走向人生巅峰铺平了道路。仅仅在23天后的11月28日,修复了所有已知问题的水手4号顺利发射,又在8个月后成为了人类第一个飞掠火星并传回火星照片的探测器。水手4号共拍摄并传回了22张火星南半球的照片,让人类第一次近距离看到了火星表面的样子。它还对火星大气、磁场和空间环境做了初步探测。
水手4号的探测结果基本打破了人类对“火星人”的幻想:相比于地球,火星大气稀薄,表面像月球那样撞击坑遍布。这里荒凉而沉寂,没有发现任何支持火星人这样的复杂智慧生命存在的证据。
飞掠火星看到的一点惊鸿掠影当然不能让人类满足,环绕火星展开长期探测才能将全球每个角落收入眼底。1971年发射窗口,美国和苏联迎来了激烈的“火星争夺赛”。在短短21天里,美苏相继发射了5颗火星环绕器。
最终,NASA水手9号后发先至,率先于1971年11月14日进入环火星轨道,成为人类第一个火星环绕器。自此,人类终于可以驻留在火星附近长期观测了。水手9号、火星2号和火星3号抵达火星时,好巧不巧正赶上火星全球性的沙尘暴。但水手9号迅速调整了状态,坚持到了沙尘暴平息,最终获得了远优于火星2号和3号探测成果。
仅就拍照这一项,水手9号就拍摄了并传回7329张火星表面照片,覆盖了火星表面85%的区域,一举超过了之前所有火星探测器的拍摄总和。
环绕探测固然能为我们提供火星近乎全球的整体信息,但实地考察的重要性也不可替代。没有什么比真正踏上火星表面,近距离探测火星更让人类心驰神往。1975年火星发射窗口里,NASA先后发射了孪生机海盗1号和海盗2号(Viking)。
每艘海盗号都由环绕器和着陆器组成,环绕器进入环火星轨道飞行了一段时间后才择机释放着陆器。1976年7月20日和9月3日,短短一个半月间隔里,海盗1号和2号的着陆器相继踏上火星遥遥相对的两片土地:克律塞平原和乌托邦平原。它们不仅是美国第1、2个成功着陆火星的探测器,也是人类头两个成功着陆火星并顺利开展工作的探测器。
尽管严格来说,苏联的火星3号才是第一个成功软着陆火星表面的探测器,但非常遗憾的是它在着陆仅20秒后就迅速失联,没能顺利开展探测工作,连拍摄的第一张照片都没能传全乎。海盗号的两艘环绕器也各自精彩。它们在任务期间拍摄了大量火星以及两颗火卫表面的高清照片,质量远胜于之前的水手9号任务,覆盖率更是高达火星表面积的97%。
1996年底,NASA火星全球探勘者号(MGS)环绕器发射成功,次年进入环火星轨道。
在长达9年的火星岁月里,这颗探测器取得了诸多令人惊叹的科学成就。它用激光高度计获取了迄今为止分辨率最高的火星全球地形数据(MOLA),至今仍是各种科学探测和研究的重要参考。通过这些地形数据,科学家们让火星北半球低地中许多被掩埋的古老撞击坑和盆地“重见天日”,这意味着火星看似平坦的北部低地其实并不比撞击坑遍布的南部高地年轻,反而更加古老。
它发现了数百处流水形成的冲沟,这意味着火星表面可能在不久的过去还有过液态水流动。
火星探路者号着陆器带着人类第一辆火星车旅居者号成功登上火星表面。作为NASA第二届“发现级”项目的成员,“更快、更好、更便宜”是它们的立身之本。更轻、更小的火星探路者号首次使用气囊来完成降落伞之后的缓冲减速,然后类似我国的嫦娥三号/四号,在着陆成功之后释放火星车旅居者号。
尽管两个着陆任务仅仅工作了三个月,但火星探路者号和旅居者号作为探索火星的“先头部队”,为后续NASA的火星着陆任务验证了技术、开辟了道路。
二十一世纪悄然来临。2001发射窗口里,NASA将环绕器火星奥德赛号送往火星。火星奥德赛号的重大成就之一是它搭载的伽马射线谱仪首次在火星上探测到了氢的存在,间接证实了火星地下含有水冰。
2003发射窗口,欧空局发起了对火星的首次尝试,将环绕器火星快车号和着陆器小猎犬2号送往火星。火星快车号搭载的可见光与红外线矿物光谱仪OMEGA在火星表面多处检测出了粘土等水合矿物,表明火星表面在很久以前很可能有大量液态水流过。火星快车号的测地雷达MARSIS更是首次在火星地下发现了疑似液态水湖。
NASA在这个赛季也同样辉煌:孪生机勇气号、机遇号火星车相继成功发射,并在2004年1月相继着陆在火星遥遥相对的古谢夫撞击坑和子午平原,它们的目标是探寻火星上的水。由于只能通过太阳能板供电,勇气号和机遇号原本的设计寿命只有90天。然而,谁也没有想到,原本被视为灾害的火星尘卷风却时不时帮它们清除了太阳能板上的灰尘,让它们能够活力四射地继续工作了好多年。
机遇号发现的“蓝莓”和石膏脉,均是火星曾有过温暖湿润环境的证据。
2007年,NASA凤凰号着陆器发射升空,次年降落在火星北极一带,是目前人类最北的火星着陆任务。凤凰号不负众望,很快就在着陆区一带的土壤下挖出了高纯度水冰,堪称“火星有水”的一记实锤。2005年,NASA的另一个大杀器——火星勘测轨道飞行器(MRO)发射升空。它携带的高分辨率相机为地球人带来了火星局部最高可达0.3米/像素的照片,甚至比许多地球卫星拍摄的地球表面照片都清楚。
火星,以一种极致清晰的面貌呈现在人类眼前,甚至让科学和艺术都模糊了边界。早在1976年,NASA的海盗号任务就致力于探测火星生命。承载着来自地球人对火星生命的殷切期盼,两艘着陆器都携带了生物实验装置,用于分析火星的气体样品和通过远程采样臂铲取火星的土壤样品。令人失望的是,尽管部分探测结果显示出一些疑似生命产物的痕迹,但都没有被科学界广泛采信。三十多年后,NASA的好奇号火星车接过了火炬。
它不仅可以通过拍照等遥感方式远程探测火星表面的形貌成分,还能在火星上钻孔,直接采样分析火星样本的成分。
站在2020年这个时点眺望这颗红色星球,这可能是人类有史以来火星探索最辉煌和繁盛的时期。尽管人类不再急功近利地堆发射数量和频率,但质量更优、分工更明确、也更超长待机的探测器们让今天的火星成为地球以外现役探测器最多的天体。2020年7月,新的火星赛季再次开启。
除了ExoMars二期任务临阵退赛之外,阿联酋的希望号已于7月20日率先出发,中国的天问一号、NASA的毅力号&机智号也将如约起航。火星曾经有过生命吗?火星现在还有生命么?甚至更远的,人类何时能采集火星的样品送回地球研究?何时能在火星建立或短期或长久的火星基地?或许这一天已经不远了。
在这条人类前往火星的路上,有过急功近利,有过稳扎稳打,有过高歌猛进,有过黯然离场,有过意料之外的惊喜,也有过幻想破灭的失落。从1960年到2020年,六十年,对一个人类的寿命来说已经足够漫长,但在历史长河中又是如此短暂,不过弹指一挥。或许千百年后,我们的后代回忆起这段“刀耕火种”的蛮荒探索史时,会有如看着原始人奋力划着木桶想要横渡大西洋。
但这份“无知无畏”,却正如火星任务的名字们:勇气、机遇、好奇、洞察、毅力、机智那样,印证着人类这个种族向着星辰大海进发时留下的奋进和不屈的足迹。雄心勃勃、迎难而上、坚韧执着、不惧失败、永远探索。这,就是地球人。