對(duì)大多數(shù)科學(xué)家來說，火星比太陽系其他行星都有趣，因?yàn)樗沫h(huán)境和除地球之外的星球相比來說更宜人。其實(shí)在地球，天文學(xué)家也可以通過天文臺(tái)看到火星的表面特征，并跟蹤其極地蓋的季節(jié)變化。盡管現(xiàn)在的火星表面干燥而寒冷，但探測(cè)器收集到的數(shù)據(jù)表明，火星曾經(jīng)有過藍(lán)天，豐厚的大氣和液態(tài)水湖泊。而在未來，我們也可以想象到未來宇航員訪問甚至在火星建造永久殖民地，將火星改造的和以前一樣。

航天器火星探測(cè)史

這張圖片哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的火星：這是我們星球上遠(yuǎn)觀拍攝的最好的火星照片之一，拍攝于2001年6月，當(dāng)時(shí)火星距離地球只有6800萬公里，分辨率約為20公里。

人類已經(jīng)向火星發(fā)射了50多艘宇宙飛船或者探測(cè)器，但只有一半任務(wù)是完全成功的。第一個(gè)是美國的水手4號(hào)，它在1965年飛越火星，向地球傳送了火星的22張照片。這些照片為我們展示了一個(gè)荒涼的星球，有大量的撞擊坑。一些比較浪漫的科學(xué)家還是希望看到運(yùn)河或類似的東西，所以……

1971年，美國宇航局的水手9號(hào)成為第一艘環(huán)繞另一顆行星運(yùn)行的航天器，它以大約1公里的分辨率繪制了火星的表面地圖，并發(fā)現(xiàn)了各種各樣的地質(zhì)特征，包括火山、巨大的峽谷、極地冰蓋上復(fù)雜的地質(zhì)情況，以及似乎被流水切斷的河道等等。在地質(zhì)學(xué)上，火星看上去并沒有那么死氣沉沉，但是從生物學(xué)上，火星確實(shí)是死氣沉沉的。

1970年代的Viking宇宙飛船是所有行星飛行探測(cè)任務(wù)中最成功的一個(gè)。飛行器不僅調(diào)查了火星，還在火星著陸了，Viking 1號(hào)著陸器于1976年7月20日降落在了帕里蒂亞(黃金平原)表面，這一事件正好發(fā)生在尼爾·阿姆斯特朗踏上月球這一歷史時(shí)刻7年時(shí)間之后。兩個(gè)月后，Viking 2號(hào)也同樣成功地降落在另一個(gè)較北的平原，它叫做烏托邦平原。這些著陸器以高分辨率拍攝了火星表面，并進(jìn)行了復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，尋找生命的證據(jù)，而軌道飛行器則為火星地質(zhì)提供了一個(gè)全球視角。

在Viking之后的20年里，火星一直無人問津。美國宇航局和俄羅斯宇航局又向火星發(fā)射了兩艘宇宙飛船，但在到達(dá)火星之前都失敗了。無人問津的情況在上世紀(jì)90年代發(fā)生了變化，當(dāng)時(shí)美國宇航局開始了一項(xiàng)新的探索計(jì)劃，使用了一種比維京號(hào)更小、造價(jià)更便宜的航天器。

火星探路者拍攝到的火星表面視圖：從探路者著陸器的場景中可以看到一個(gè)被嚴(yán)重風(fēng)化的平原，探路者著陸器平頂裝有太陽能電池，為車輛的運(yùn)行提供電力。你可以從著陸器圖像中看到火星斜坡。

一顆叫做火星全球測(cè)量MGS的探測(cè)器在幾個(gè)月后到達(dá)火星，并開始對(duì)整個(gè)火星表面進(jìn)行高分辨率攝影和拍照。這艘至今仍在運(yùn)行的火星探測(cè)器最引人注目的發(fā)現(xiàn)，是我稍微要為大家說明的火星存在河流遺跡的證據(jù)?；鹦菉W德賽軌道探測(cè)器和歐空局火星快車探測(cè)器，都帶著高分辨率相機(jī)。奧德賽上的伽馬射線光譜儀還發(fā)現(xiàn)了大量的次表層氫(可能以冷凍水的形式存在)。其中一些軌道飛行探測(cè)器還配備了與火星表面上的著陸器和漫游者進(jìn)行通信的設(shè)備，并充當(dāng)?shù)厍虻臄?shù)據(jù)中繼。

2003年，精神和機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)器遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了他們的計(jì)劃壽命。剛開始火星車的設(shè)計(jì)目標(biāo)是600米的行程，事實(shí)上，他們已經(jīng)旅行了50多公里。在著陸點(diǎn)四處觀察了一下之后，機(jī)遇沿著陡峭的巖壁進(jìn)入一個(gè)名為“維多利亞”的撞擊坑，后來又成功地走回去，恢復(fù)了原始路線。覆蓋著火星探測(cè)器太陽能電池的粉塵造成了功率下降，但當(dāng)一場季節(jié)性的沙塵暴吹走了塵埃后，火星探測(cè)器又恢復(fù)了運(yùn)轉(zhuǎn)。為了在冬季生存下去，火星探測(cè)器有時(shí)會(huì)去斜坡上，這樣可以最大限度地利用太陽能。2006年，精神號(hào)火星探測(cè)器的一個(gè)輪子失去了動(dòng)力，被困在沙子里，在之后精神號(hào)探測(cè)器以一個(gè)固定的地面站運(yùn)行。

2011年，NASA發(fā)射了自Viking以來最大(也是最昂貴)的火星探測(cè)器。1噸多重的好奇號(hào)火星探測(cè)器有著小型汽車一般的大小，有钚動(dòng)力發(fā)電機(jī)，所以它不依賴陽光而作為動(dòng)力。好奇號(hào)在蓋爾隕石坑的地面上進(jìn)行了一次精確的著陸，選中這里是因?yàn)檫@里擁有極其復(fù)雜的地質(zhì)情況，而且蓋爾隕石坑過去也曾被水淹沒過。在此之前，火星著陸器都是被送到平坦的地形上，幾乎沒有什么危險(xiǎn)，因?yàn)樗鼈兊哪繕?biāo)定位精度較低，所以說這次著陸點(diǎn)選址比之前的難。

火星隕石——百萬年的火星來客

這張圖片是火星隕石，這部分玄武巖在形成火山口的撞擊中噴出，最終到達(dá)地球表面。我們對(duì)月球的許多了解，包括月球起源的情況，都來自月球樣本的研究，但對(duì)于火星，我們的探測(cè)器還沒有將火星樣本送回地球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室性質(zhì)的分析。

那么這些火星巖石是怎么從火星上飛過來的？曾經(jīng)有許多撞擊都發(fā)生在這顆紅色行星上，有很多非常巨大的隕石坑遺跡。大隕石撞擊產(chǎn)生的碎片可以從火星上逃逸出來，火星的表面引力只有地球的38%。所以在很久以后(通常是幾百萬年)，這些碎片中有一小部分會(huì)與地球相撞，并通過大氣層落下來，就像其他隕石一樣。順便說一句，來自月球的巖石也可以以隕石的形式到達(dá)了我們的星球，不過我們只能通過阿波羅任務(wù)返回的樣品來研究月球地質(zhì)和月球起源問題。

大多數(shù)火星隕石是火山玄武巖，其中大多數(shù)隕石也相對(duì)年輕，年齡大約是13億年前?？茖W(xué)家從它們組成的細(xì)節(jié)中得知，它們不是來自地球或月球。此外，月球上也沒有火山活動(dòng)來形成這類巖石。13億年前，隕石對(duì)金星的撞擊中噴出的物質(zhì)也很難從其厚厚的大氣層中逃脫出來。所以最終的結(jié)論唯一合理的來源就是火星，另外，當(dāng)時(shí)火星的Tharsis區(qū)域的火山是比較活躍的。

火星樣品分析中最令人興奮的結(jié)果之一是發(fā)現(xiàn)了其中的水和有機(jī)(碳基)化合物，這表明火星可能曾經(jīng)有過海洋，甚至是表面上曾經(jīng)存在過生命。正如我說過好幾次的，在遙遠(yuǎn)的過去，甚至直到現(xiàn)在，還有其他證據(jù)表明火星上存在著流動(dòng)的水。

火星的直徑為6794千米，總密度為3.9g/cm。這顆行星沒有全球磁場，不過現(xiàn)在有些區(qū)域的表面磁化強(qiáng)度依然很強(qiáng)，表明數(shù)十億年前曾有過一個(gè)全球磁場。顯然，這顆紅色星球的核心現(xiàn)在沒有液體物質(zhì)可以導(dǎo)電。

軌道探測(cè)器的激光高度計(jì)對(duì)地面地形進(jìn)行了數(shù)以百萬次的精確測(cè)量，測(cè)量精度可以達(dá)到幾米，足以顯示極地蓋的年沉積和蒸發(fā)數(shù)量。與地球、月球和金星一樣，火星表面有大陸或高原地區(qū)，也有廣泛的火山平原。從最高峰(奧林帕斯山)的山頂?shù)阶钌畹呐璧?Hellas)，我們都可以看到。

這張圖片為大家展示的是來自激光測(cè)距的火星地圖，由火星軌道探測(cè)器數(shù)百萬次高程測(cè)量精確對(duì)比重建而成。顏色用于表示高度。左邊的半球包括奧林帕斯山，那是火星上最高的山峰；右邊的圖片包括火星上海拔最低的Hellas盆地。

火星表面火山情況

火星表面大約有一半隕石坑組成，主要分布在南半球。在北半球區(qū)域也有很多較年輕的、較小的火山口平原，其平均海拔比高地低約5公里。這里有個(gè)重點(diǎn)需要圈起來說明一下，我們?cè)诘厍?、月球和金星上看到了類似的地質(zhì)情況。地質(zhì)劃分可以劃分為較古老的高地和較年輕的低地平原，這似乎是除水星以外的所有類地行星的特征。

從軌道上拍攝的圖像使科學(xué)家能夠在這些火山的斜坡上尋找撞擊坑，以估計(jì)它們的年齡。許多火山顯示出相當(dāng)數(shù)量的撞擊坑，表明火星上的火山大多數(shù)在10億多年前就停止了活動(dòng)。然而，奧林帕斯山撞擊坑很少，奧林帕斯山相較于其他火山要年輕得多。一些看起來比較新的熔巖流可能是在一百萬年前形成的。從地質(zhì)學(xué)上講，它們還很年輕。這使得地質(zhì)學(xué)家得出結(jié)論，奧林帕斯火山可能在今天仍然會(huì)斷斷續(xù)續(xù)的噴發(fā)，這是未來火星殖民者需要記住的事情。

除了巨大的火山外，Tharsis（奧林帕斯山發(fā)現(xiàn)的地方）隆起還有許多有趣的地質(zhì)特征。在火星，表面已經(jīng)膨脹起來，在來自下方的強(qiáng)大膨脹力度下，導(dǎo)致地殼構(gòu)造裂開。火星上最壯觀的構(gòu)造特征之一稱為水手峽谷，以水手9號(hào)命名，可以說看到火星的朋友們都會(huì)注意到這一深谷，它們沿著Tharsis凸起的斜坡延伸約5000公里。如果它在地球上，這個(gè)峽谷系統(tǒng)將從洛杉磯一直延伸到華盛頓特區(qū)。主峽谷區(qū)域大約有7公里深，寬達(dá)100公里，大到足以容納科羅拉多大峽谷。

火星表面情況

第一個(gè)成功降落在火星上的航天器是Viking 1號(hào)和2號(hào)以及火星探路者。他們都發(fā)回了照片，這些照片顯示了一片荒涼而又奇異的美麗的景觀，包括無數(shù)的角質(zhì)巖石，散布著細(xì)密的紅色土壤的沙丘狀沉積物。

圖片為大家展示的是火星著陸點(diǎn)，從這三張照片的相似之處可以看出，每艘火星探測(cè)器都降落在一個(gè)平坦的、被風(fēng)化過的平原上，到處都是巖石，從小鵝卵石到幾米幾十米大小的巨石，很可能大部分火星表面看起來都是這樣。

著陸器上的儀器發(fā)現(xiàn)，火星巖石大多由粘土和氧化鐵組成，這是科學(xué)家所預(yù)料到的，因?yàn)槠鋵?shí)在此期間科學(xué)家們也在研究火星來的隕石。所有觀測(cè)研究的巖石似乎都是因?yàn)榛鹕蕉?，成分也都大致相同。后來，登陸探測(cè)器的目標(biāo)就成為了降落在過去某個(gè)時(shí)候明顯被洪水淹沒的地區(qū)，在那里，會(huì)有因?yàn)樗纬傻某练e巖層。

Viking探測(cè)器為早期火星天氣提供了一個(gè)研究視角。由于沒有海洋和云層，測(cè)量的溫度隨季節(jié)變化很大。一般情況下，Viking 1號(hào)的夏季最高溫是-33°C，如果在冬天的話，同一地點(diǎn)溫度會(huì)下降到-93°C。

在火星上測(cè)量到的大部分風(fēng)僅為每小時(shí)幾公里。然而火星能夠產(chǎn)生巨大的風(fēng)暴，將整個(gè)星球籠罩在塵埃中，如果你站在火星表面，你就會(huì)看到周邊都是紅色的。這樣的強(qiáng)風(fēng)可以剝?nèi)ヒ恍┧缮⒌?、?xì)膩的塵埃使巖石暴露。后來的探測(cè)器發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)晴朗的下午，大氣都會(huì)變得動(dòng)蕩，因?yàn)闊崃可仙搅吮砻?。這種湍流產(chǎn)生了塵埃，它們?cè)趯⒓?xì)塵提升到大氣中起著重要的作用，這同時(shí)也是火星塵埃產(chǎn)生的原因。