為什么要探索火星

文 潘永信

“天問一號”

人類在20世紀60年代就開啟了探測火星之旅。進入21世紀以后，人類又掀起了火星探測的高潮，探測的主要目標是火星上有沒有水、有沒有生命，它的環境是否宜居。在2020年，我國的“天問一號”也奔赴火星，踏上“探火之旅”。

“天問一號”探測器由兩部分構成，下面是環繞器，主要完成“奔火飛行”、環繞探測和中繼通信任務，上面是著陸巡視器，主要完成著陸任務，它里面搭載了我國第一輛火星車“祝融號”，可以在火星表面展開巡視探測。

作為我國首次火星探測任務，發射“天問一號”的科學目標是對火星的表面形貌、土壤特性、物質成分、水冰、大氣、電離層、磁場等進行探測?！白Ｈ谔枴敝懟鹦堑倪^程很成功。在進入火星后，“祝融號”先后經歷氣動減速、傘降減速和動力減速，最后通過一個懸停避障，軟著陸在火星的表面。這個過程是極具挑戰性的，這時的探測器已經距離地球有3億多公里之遠，所有的過程都要通過預先設置的自主控制程序完成。

“祝融號”的車速可達每小時200米，爬坡角度可以達到30度。它在行駛火星表面時特意留下了不少“中”字形的車轍，代表著中國印記?！白Ｈ谔枴苯德涞卦诨鹦潜辈康臑跬邪钇皆?，它是火星表面一個巨大的撞擊坑，“祝融號”對這個地區的地質地貌、物質成分、環境、地下結構，以及氣象狀況等進行了探測。

“祝融號”采取邊走邊探的探測方式，它搭載了很多探測工具，比如多光譜相機、地形相機、次表層的雷達、磁場探測儀和氣象測量儀。光譜分析就像給火星上的巖石做一次全面體檢。而“祝融號”上的多光譜相機，能針對某一個目標拍攝8張圖片，我們根據每張圖片不同的光譜波段，可以判斷火星表面物質的成分，研究火星地質演化和氣候環境變化過程，尋找可能存在的水資源等?；鹦潜砻娉煞痔綔y儀，則像一個微型的自動實驗室，它首先發射一束高能激光打在巖石上，局部的高溫足以把巖石從固體變成氣體，并在冷卻過程中產生等離子體，通過光譜分析，科學家們就能確定巖石的化學成分。這有助于我們揭示火星過去的水文環境、火山活動，以及生命存在的線索?？茖W家們還特地為“天問一號”量身打造了一套“超級天線”，用于將收集到的數據傳回數億公里之遠的地球。

截至2023年1月，“祝融號”已行駛1900多米，獲得了大量寶貴的第一手科學探測數據，包括地形、地貌、物質成分、雷達地球物理信息，以及磁場信息等，這為我國開展火星科學探測積累了寶貴的科學數據。

火星水痕

19世紀末，意大利天文學家斯基帕雷利在通過望遠鏡觀測火星時，發現它表面存在著一系列縱橫交錯的直線狀網絡，他由此繪制了一幅火星地圖，上面記錄了整整40條河道，當他的觀測報告被翻譯成英文時，河道被翻譯成了一個帶有強烈人工色彩的詞——運河。于是，有人懷疑火星上也有像我們一樣的智慧生命，他們建造了縱橫交錯的運河系統。直到航天時代到來，火星上的真實影像和探測數據不斷傳回地球，人們對火星運河的認識才發生了顛覆性變化。1965年，美國的“水手4號”成為人類第一個飛越火星的探測器，它傳回了第一張火星表面的照片，這張遍布隕石坑、毫無生機、一片死寂的照片震驚了科學界。后續的探測任務發現了更多證據，徹底打消了人們關于火星有“運河”的猜測?；鹦巧想m然沒有“運河”，但有很多流水的痕跡，像沖溝、跟水流有關的河道、三角洲、沖積扇等。除此之外，火星表面也分布著大量與水作用相關的一些礦物，比如藍色的層狀硅酸鹽、粉色的二氧化硅和黃色的氯化物，還有綠色的碳酸鹽和硫酸鹽，這些礦物都是在有水活動的情況下形成的。

現今火星上究竟有沒有水？美國的火星勘測軌道器——MRO通過拍攝同一個地區不同季節的圖像發現，溫暖季節時就會出現一些流痕，寒冷季節時流痕就會消失，說明在這些地區有過液態水的流動，也許是水，也許是別的液體的流動。

美國的“鳳凰號”在著陸火星北半球高緯度地區過程中發現，著陸區的下方有冰的圖像，在著陸區的支架上還看到了液珠的出現?；鹦巧系臍鉁厥菢O低的，平均氣溫在零下60多攝氏度，還能出現液態，這是能夠出現的嗎？科學家發現在高氯酸鹽濃度達到30%以上時，在零下70攝氏度也可以形成液珠，所以在這些地區可能存在著高鹽的一些鹵水。

“祝融號”在著陸的地方也取得了一系列的重要發現?！白Ｈ谔枴痹谘惨晻r，在沙丘表面上看到一些水活動的痕跡，包括看到一些結殼、裂縫、龜裂、團?；?、帶狀水活動的痕跡，就像有液態水的局部活動之后又消失的一些產物。經過分析，這是一些與水活動相關的鹽類礦物和蛋白石，就是二氧化硅和鐵氧化物膠結形成的砂粒，在鹽的作用下結殼，最后形成的地貌。

同時，“祝融號”上的短波紅外光譜也發現了海水礦物的存在。比如一些蒸發鹽、黏土礦物和硫酸鹽，這都是在有水的條件下才能形成的，這些結殼形成的過程，就是地下水蒸騰、凝結形成一些薄殼，最后剝蝕出露在地表。這都表明“祝融號”的著陸區在近期有過液態水活動的痕跡。

火星地下有沒有水？“祝融號”通過它所攜帶的次表層探測雷達，在地下的結構圖像中發現，地下70米范圍之內，出現過粒序的變化，意味著這些地區曾經有過古代的洪水。地下有沒有水冰層的存在？有理論預測，在火星北部30度左右的地方，可能存在一些地下的水冰。但在“祝融號”著陸區我們沒有看到，雷達的信號也沒有看到非常明顯的水冰層的存在。是不是還有一些鹵水或者鹽冰充填在顆粒中呢？這種可能性是存在的。

雖然我們在烏托邦平原沒有看到地下水冰，但火星的極地是存在水冰的。因為在火星的南極、北極都存在著永久性的極冠，它主要是二氧化碳冰和一部分的水冰，呈螺旋狀結構。這就說明存在一些消融和生長的過程，特別是在冬天它的厚度會增加，到夏天它的厚度會減小。因此極冠地區的一些層狀結構也是我們研究火星古氣候、古環境非常重要的對象。

在美國“毅力號”著陸的耶澤羅盆地，也曾看到過一個巨大的三角洲，這里曾經是一個巨大的湖泊。既然火星早期有大量廣泛分布的液態水的活動，那這些水都到哪里去了，是什么原因讓這些水消失的？

根據科學家的研究，它的去處現在有兩種說法：第一個就是這些液態水通過和礦物、巖石的作用進入了火星地下；第二個就是火星的液態水逃向了茫茫的太空，因為火星上沒有磁場的保護。

火星生命遺跡

尋找地外生命一直是人類探索深空的目標?；鹦潜砻娓珊缘乃?、湖泊和海洋地貌告訴我們，火星存在過液態水，可能也曾是一顆藍色的星球，或許也孕育出過豐富多彩的生命。盡管今天的火星已經變成了一副荒蕪蒼涼的模樣，沙塵暴頻發、平均溫度低至零下60攝氏度左右，大氣中大約96%都是二氧化碳，但我們能否在這茫?；脑?，找到生命的遺跡呢？

20世紀70年代，美國發射的“海盜一號”“海盜二號”兩顆探測器的任務之一便是探測火星有沒有生命活動，經過探測和實驗，沒有發現支持生命存在的明確證據。

還有一些證據，主要是通過探測器到達火星、逼近火星、踏上火星進行原位探測時發現的。美國“好奇號”曾在蓋爾盆地探測到在古老的巖石里有細粒的富含有機質的泥巖，還發現一些噻吩類的、芳香族的有機質分子。但是有機物可能來自生命，也可能來自一些有機物的化學合成過程，而不是直接生物的一些產物?！昂闷嫣枴币舶l現了甲烷的季節性波動，但說到甲烷活動，其實現在非生物過程也完全可以形成，所以這有待做進一步研究。

火星上究竟有沒有生命，一直都是懸而未決的問題?？梢?，未來在火星探測方面的競爭制高點或者一個熱點，就是火星的采樣返回。采集火星土壤并帶回難度很大、很復雜，我國計劃在2030年前后分兩次發射，通過兩個探測器組合互相配合，實現火星采樣返回。目前，我國工程技術人員正在針對一系列關鍵技術進行先期攻關，對樣品的科學分析將來可能會極大地拓展人類對火星現有的認知。