【編者的話】
備受矚目的中國行星探測工程“天問二號”探測器，已在西昌衛星發射中心完成技術區總裝、測試、加註等工作後，順利轉入發射區，計劃5月底擇機實施發射，開啟宇宙之旅。它的前輩“天問一號”出色完成了火星環繞、着陸和巡視等火星探測任務，其繼任者“天問三號”也將開展火星採樣返回任務。啟程在即的“天問二號”，肩負着近地小行星伴飛、取樣、返回以及主帶彗星伴飛探測等多項任務。有評論指出，雖然不赴火星，但“天問二號”將為“天問三號”採樣返回任務進行關鍵技術驗證。一旦成功，中國將成為世界上首個實現火星採樣返回的國家。火星究竟哪來的魅力，吸引着世界各國競相前往？
火星，這顆距離地球最近的行星之一，自古便激發著人類的想象力。早期，因其顏色偏紅，異於其他星球而引人注意。後來，發現其與地球相似，因而持續吸引人類前往探索。天文學家一直在推測，火星上是否有生命存在，是現在有，還是過去的某一時期有？
上世紀六十年代以來，各國探測器飛越、環繞火星，並在火星表面着陸和巡視。這些一去不復返的航天器，不僅記錄了技術的進步，也折射出人類探索未知的永恆渴望。如今，火星探測正在向採樣返回、載人登陸方向邁進，未來可能成為人類文明的“第二家園”。
從神話到科學
■ 望遠鏡觀測終結火星神話
火星在夜空中時隱時現，呈現特殊的紅色。這個神秘的天體在人類文明早期便佔據重要地位。古埃及人稱其為“紅色之星”，羅馬人將其與戰神馬爾斯（mars）聯繫起來。中國古代將火星稱為“熒惑”，“熒惑守心”的天象被視為災難將至的象徵。漢代天文學家張衡在《靈憲》中記載了火星的逆行現象。直到17世紀，火星仍被賦予宗教或神話色彩。
1610年，伽利略用自製望遠鏡首次觀測火星，但僅能分辨出模糊的紅色圓盤。1659年，荷蘭天文學家惠更斯首次繪製火星表面草圖，測得火星自轉周期約為24小時。英國天文學家威廉·赫歇爾經過長期觀測，推測火星存在大氣和季節變化，兩極可能存在冰冠。
■“火星運河和文明”猜想
1877年，意大利天文學家喬凡尼·夏帕雷利觀測到火星表面的線性結構，將其稱為“canali”（意大利語“溝渠”，指的是各種自然作用形成的水道），在英語世界被誤譯為“運河”，引發“火星文明”的狂熱猜想。美國天文學家洛厄爾進一步推波助瀾：在1906年出版的《火星及其運河》中，宣稱“運河”是智慧生命建造的灌溉系統。洛厄爾為這顆瀕死的行星描繪了一幅熱鬧非凡的圖景：火星居民建造巨大的運河灌溉系統，把水分配給火星赤道附近的人口聚居區。然而，很少有天文學家接受這一推斷，此後的天文望遠鏡觀測也未有證實。儘管如此，洛厄爾這一說經廣泛傳播，仍催生了大量科幻作品，如威爾斯創作的科幻小說《星球大戰》。
■ 美蘇太空競賽
1960年，蘇聯發射人類首個火星探測器“火星1a號”，但因火箭故障失敗。此後十年間，蘇聯11次發射嘗試，只有“火星3號”着陸時傳回20秒信號。
美國後來居上，取得一系列重要突破。1964年，“水手4號”首次成功飛越火星，傳回21張照片，展現出火星布滿隕石坑的荒涼景象。1971年，“水手9號”成為首個火星人造衛星，繪製全球地圖，發現太陽系最高火山奧林匹斯山和長4000公里的水手峽谷。1975年，“海盜1號”和“海盜2號”實現首次軟着陸，分析了土壤成分並傳回氣象數據，在探測有無生命存在的實驗中沒有發現任何高級生命痕迹，結果導致長期爭議。
■ 航天新時代
科學家重新定位火星探測的科學目標，從“尋找生命”轉向系統研究火星地質與氣候歷史，取得了一連串的成果：1996年，美國的“火星全球勘測者號”繪製精度地形圖，發現古代河床痕迹。2003年，“機遇號”與“勇氣號”發現赤鐵礦和古代湖泊沉積物，證明火星曾存在液態水。2012年，“好奇號”在蓋爾隕石坑檢測到有機分子，揭示火星可能具備微生物生存條件。2021年，“毅力號”火星車採集岩石樣本、實驗制氧技術，“機智號”無人機完成火星首飛。我國的“天問一號”實現了“繞、着、巡”一步跨越，“祝融號”發現水合礦物，為火星中低緯度地區曾存在古代海洋提供了極為重要的證據。
火星探測帶動技術突破
■ 從硬着陸到精準控制
火星大氣僅為地球1%，氣動減速不能只靠降落傘。美國宇航局開發“空中吊車”系統，用於“好奇號”火星車登陸。“毅力號”火星車採用激光雷達與視覺導航，在着陸前實時比對地形，誤差控制在40米內。我國的“天問一號”，則是融合氣動減速、降落傘和反推發動機，實現複雜地形自主避障。
■ 從太陽能到核動力
沙塵暴可覆蓋電池板，導致能量驟降，如“機遇號”火星車因沙塵暴失聯。“好奇號”和“毅力號”火星車用放射性同位素鈈-238衰變供能，不受光照限制，但成本高昂且原料稀缺。
■ 原位資源利用
“毅力號”搭載的moxie設備，成功從co₂大氣中提取氧氣，效率達每小時10克，為未來人類呼吸和火箭燃料製備奠定基礎。通過在火星極地部署鑽探設備，可以提取水冰，以生產飲用水和氫氧燃料。從火星土壤中提煉金屬，生產各種結構材料，作為建築和輻射防護，都需要原位利用火星資源。
火星移民還有多遠
或許還需要很多年，才能看到太空探險者在這顆紅色星球上漫步，但幾乎所有的科學家都相信，這一天終會到來。
■ 短期目標（2030—2040年）
（1）火星採樣返回。nasa與歐空局合作的“火星樣本返回計劃”預計2033年將“毅力號”採集的岩石送回地球，解析生命痕迹與地質歷史。我國“天問三號”計劃2030年前後實現自主採樣返回。
（2）載人登陸準備工作。美國宇航局阿爾忒彌斯計劃通過重返月球驗證深空居住艙、輻射防護等技術。spacex開發的星艦計劃2030年運送首批宇航員，建設臨時基地。歐空局尋求exomars任務新合作夥伴。
■ 中期目標（2040—2070年）
（1）永久基地建設。科學家計劃利用3d打印技術，用火星土壤（風化層）打印防輻射建築。但銀河宇宙射線（gcr）可穿透現有艙體，需開發新型屏蔽材料（如聚乙烯—水凝膠複合材料）。科學家還將通過實驗封閉式農業（如種植轉基因土豆），實現氧氣與食物的部分自給。
（2）火星地球化探索。計劃開展大氣增厚實驗，釋放地下co₂或合成全氟化碳（pfcs）增強溫室效應，提升地表溫度。他們還計劃創造人工磁場，在火星與太陽間的拉格朗日點部署磁盾，偏轉太陽風以保護大氣層。
■ 長期願景（2070年後）
利用熔岩管洞穴建造地下城市，抵禦輻射與極端溫度。開採鐵、硅等資源製造工具，減少對地球的依賴。接下來，將火星作為深空跳板，利用其低重力（地球38%）降低前往小行星帶的能源成本。與此同時，低重力導致肌肉萎縮、視力損傷，需人工重力艙或基因編輯干預。
人類文明新家園
從伽利略的望遠鏡到“祝融號”的車輪，人類對火星的探索史是一部技術與想象交織的史詩。每一次失敗與成功都在重塑我們對宇宙和自身的認知。未來，火星或將成為人類跨行星生存的試驗場，而這段探索歷程，終將證明文明的邊界，永遠在於超越已知的勇氣。
當第一代火星嬰兒誕生時，人類或將真正成為“多行星物種”，在紅色星球上續寫新的篇章。
【作者簡介】
鄭永春，博士，研究員，深圳科學技術館館長、深圳理工大學特聘教授、中國科學院國家天文台研究員、華東師範大學中小學地理國家教材建設重點研究基地兼職研究員、中國科學技術大學兼職教授、義務教育科學課程標準修訂組成員，主要從事太空探索與科學教育研究。
走遍全國33個省市自治區的500多所大中小學、科技館、圖書館，培訓中小學教師近萬人，青少年科普報告聽眾達數千萬人次，被孩子們親切地稱為“火星叔叔”。在國內外重要期刊發表學術論文50餘篇，發表科普文章400多篇，著有《太空探索通史》《從無窮小到無窮大》《神奇的新能源》《科學原來這樣學》《浩瀚的宇宙密碼》《火星零距離》《飛越冥王星》《太空地圖》等20多本科普圖書。被授予首批科普中國形象大使、中國首次月球探測工程圓滿成功有功人員獎、探月工程嫦娥二號任務突出貢獻者獎、全國十大科學傳播人物、美國天文學會卡爾薩根獎、中國科學院院長獎等。
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