全球為何掀起“火星熱”? 它會是人類第二個家園嗎

隨着長征五號遙四火箭拔地而起，中國首次自主火星探測任務“天問一號”開啟奔火之旅。自上世紀60年代以來，人類曾進行了40餘次火星探測任務，2020年火星探測再次成為全球熱門。為什麼我們選擇火星？今年探火為何這麼熱？各國火星探測都有哪些亮點？

選擇逐夢火星事關地球未來

自從祖先從茹毛飲血的蠻荒時代緩慢走入文明社會，人類頭頂的天空便成為最神秘的地方。目前已知太陽系共有八大行星，火星是人類可以探索的距離地球較近的行星之一，人類如果想要衝出地月系統到達下一個行星，理論上應從火星和金星兩個鄰居開始。它們和地球同處太陽系內的宜居帶內、同屬於岩質行星、擁有孕育生命的可能性。

然而，人類經過航天探索發現，金星環境惡劣：氣壓是地球的92倍，空氣中幾乎全是二氧化碳，並且布滿了稀硫酸雲。地表溫度常年保持在460℃，探測器着陸後存活難度大，人類更是無法生存。相較而言，火星的條件“優越”不少。火星環境最為接近地球，表面平均溫度零下55℃；大氣密度相當於地球的1%，在太陽系中大氣條件最為接近地球；火星表面光照不太弱，太陽能可用，且由於自轉軸傾角和自轉周期與地球相近，火星的晝夜長短及四季變化與地球也幾乎一樣。

地球與火星體積對比。（NASA）

更為關鍵的是，以往的探測發現了火星存在水的證據，火星緯度40°以上的地區，普遍存在地下冰層；火星中緯度地區曾廣泛分布流動冰。2015年9月，NASA正式宣布火星表面存在液態“滷水”（超高鹽分含量液態水），使得人們對火星生命的存在增添了希望。火星上是否存在孕育生命條件以及火星是地球過去還是地球未來，成為火星研究重大科學問題。

2019年3月“好奇號”探測器拍攝的火星鵝卵石。

同時，基於現有航天能力，飛行時間8至10個月可到達，相比更遠的行星和衛星，任務周期較合適；火星與地球有最接近的環境，使得機器人或人類駐/住火星成為可能。因此在載人登月之後，火星成為人類登陸行星的首選目標。

不過，相比於月球探測，火星探測任務的難度更大。目前，對火星實施的44次探測任務，其中成功僅成功24次。

這主要是由於火星相對地球距離較為遙遠，對發射、軌道、控制、通信和電源等技術都提出極高要求。考慮到風險、成本等因素，地球航天器到火星的最佳路線為1925年提出的“霍曼軌道”。由於該軌道每26個月才能出現一次，且最近“霍曼軌道”形成時間為2020年夏，所以近期各國火星探測計劃均集中在該最佳假窗口期。尤其是1996年以來，幾乎每個發射窗口都有火星探測器發射。

2020各國火星探測各有千秋

美國、中國、阿聯酋等國家此前均已明確於今年執行火星探測任務，其中阿聯酋首個火星探測器“希望號”已先行一步，於7月20日從日本的鹿兒島由日本H2A運載火箭帶上天空，“希望號”是阿聯酋乃至阿拉伯世界的第一個火星探測器。美國毅力號也將於近日發射。

隨着2020年三大“探火”項目相繼開展，針對以火星為代表的深空探測項目，相關國家會持續加大投入力度，從而在這一涉及“地外資源”的未知領域中佔據優勢。

雖然美、中、阿三國都於2020年夏執行火星探測任務，但由於技術水平、項目進度、科研側重點等方面的不同，各國的探測任務執行上存在一定的差別。

美國：為“登火”做準備

毅力號火星車。（NASA）

公開資料顯示，美國計劃近日發射的“毅力號”火星車是在此前獲得成功的“好奇號”火星車的基礎上改進而來。該火星車裝備了最新的機械臂，以及火星環境動力分析儀、火星次表層雷達成像實驗儀等科學儀器，不僅能提供高分辨率3D火星圖片，還能保存岩石和土壤樣本，並在未來帶回地球。另有評論認為，作為世界火星探測技術最為先進的國家，美國此次探測任務也是在為下一步的載人登陸打基礎。比如此次“毅力號”就攜帶了火星氧元素原位資源利用實驗儀，用以將二氧化碳轉化為氧氣；美國私人天空探索公司“SpaceX”也計劃向火星發射“紅龍”火星着陸器，為將來移居火星做基礎準備。

中國：一次實現“繞着巡”

天問一號。

我國首次火星探測任務天問一號的探測器由着陸巡視器（着陸器和火星車）和環繞器組成，將一次實現“繞着巡”三步走。火星環繞器攜帶7台科學儀器，包括高、中分辨率相機、光譜儀、磁力計、表面雷達、離子和中性粒子探測儀等；火星車攜帶6台儀器，包括探地雷達、光譜相機、小型氣象站、磁場探測儀等。此次任務的科學目標是實現對火星的表面形貌、土壤特性、物質成分、水冰、大氣、電離層、磁場等科學探測，從而有利於建立起對火星全面而基礎的認識。

阿聯酋：環繞探測蘊藏“大計劃”

希望號探測器。

相比中美兩國，此次阿聯酋計劃發射的“希望號”火星探測器並沒有“落火”計劃，探測器採用環繞探測火星的方式研究火星大氣和環境。藉助裝載的儀器，探測器將研究火星低層和上層大氣的相互作用關係，並搜尋今天的火星天氣和遠古的火星氣候之間的聯繫。不過，阿聯酋對火星的未來雄心勃勃。去年阿聯酋成功將首位宇航員送入太空後，該國還計劃投資1.36億美元在地球上建設一座複製火星環境的“火星城”。“火星城”是阿聯酋“2117火星戰略”的一部分，該國希望在2117年前在火星上建立人類定居點。

附：世界火星探測發展歷程

第一階段：研究初期的飛越探測（1960-1970）

這一階段國際探空探測尚處研究初期，相關國家主要以火星飛越探測、傳送火星圖片與探測大氣參數為主，但探測任務成功率並不高，僅有一例成功完成任務。1962年，前蘇聯發射“火星1A號”探測器被認為是國際火星探測的起點，但該探測器在飛往火星的途中與地面失去聯繫，最終失敗。此後，前蘇聯的“火星1號”與美國的“水手3號”等火星探測器探測任務也宣告失敗，直到1965年終於由美國的“水手4號”首次完成火星飛越，成為首例成功探測火星的人造衛星。到了六十年代中後期，美國與前蘇聯對火星的探測熱情有所減弱，轉而集中探測金星。

第二階段：初步了解火星表面（1970-1990）

上世紀七十年代初期，美蘇重新展開火星探測活動，以軌道環繞與着陸探測為主，主要任務包括傳輸圖像、探測大氣、磁場、地表溫度等。

在此階段，探測任務成功率明顯提高，包括“水手6號”“火星2號”與“海盜1號”在內的多顆探測器順利完成任務，尤其是1971年發射的前蘇聯“火星2號”探測器，成功登陸火星成為首顆火星着陸器。1972年，美國“水手9號”到達火星，成為了火星第一顆人造衛星。進入冷戰後期，美蘇兩國對於深空探測的投入減小，僅前蘇聯發射兩顆火星衛星探測器，且全部失敗。火星探測的主要方向由發射探測器轉為研究歷次發射所得資料數據。

第三階段：探尋火星生命跡象（1990-至今）

冷戰結束後，火星探測重新成為深空探測的熱點。以美國為首的多個國家地區分別開展火星探測活動，探測方式主要為著陸探測，主要目標是尋找火星水存在的證據和生命跡象。期間共發射過“火星快車”“勇氣號”“機遇號”和“好奇號”等多顆探測器，成功找到了火星水存在的證據。

欄目主編：劉錕 文字編輯：劉錕