前仆后继，成果不断，火星奥秘终将揭开

6月29日，中国“天问一号”完成既定科学探测任务，火星车和环绕器获得约1040 GB原始科学数据，将向全球开放。近日消息称，迄今唯一探测火星内部的美国“洞察号”取得一系列成果后，即将于今年晚些时候退役。

天问一号着陆器和巡视器合影《星火燎原》（图源：国家航天局）

自从1960年首探火星以来，人类的火星探索之旅已经走过了一个甲子。在近20年更是迎来了一波高潮，时至今日仍然有11个火星探测器正在火星工作，它们分别是2001年的奥德赛号（美），2003年的火星快车号（欧），2005年的侦察轨道器（美），2011年的好奇号（美），2013年的曼加里安号（印）和大气专家号（美），2016年的微量气体探测器（欧/俄），2018年的洞察号（美），2021年的希望号（阿联酋）、天问一号（中）和毅力号（美）。

随着越来越多的国家开启火星探索计划，在任务数量增加的同时，任务的难度和深度也在快速提升，形成了对火星由内到外的研究网络。以新闻中提到的任务为例，中国的天问一号实现了人类火星探测史上唯一的“绕、落、巡”三大工程目标均获成功的壮举，且环绕器和祝融号火星车仍会源源不断发回火星遥测和地表探测的数据。洞察号则首次深入火星内部，通过固定下来的火星地震仪和热流侦测器两个核心仪器长期了解火星内部的变迁，与之伴飞抵达火星的MarCO卫星编队也是人类首次利用小卫星探测火星。

地球和两个邻居对比（图源：NASA）

人类对火星态度如此热忱，也跟这颗时隐时现的红色小星球特点有关。它是地球的两个近邻之一，和地球同为岩质行星、同处在太阳系内的宜居带内。火星虽然大气稀薄、体积和引力较小，但总体条件比另一个邻居金星好了太多，后者是个拥有浓密硫酸大气、周身460摄氏度、气压是地球海平面90余倍、经常火山喷发的极度恶劣环境。相比之下，人类迈出地球的最佳首选只能是火星。

在早期的火星探测中，人类航天器只能进行飞掠探测，在极短时间内观测火星后便滑入深空。随着技术日趋成熟，环绕、着陆和巡视类任务成为主流。其中，能够长期环绕火星的任务可利用太阳能维持较长任务周期，保证多种星载仪器长期工作，全方位探测火星的重力场、磁场、大气层、地形地貌等，且可以服务于火星表面的小型着陆器和巡视器，进行地球与火星之间的中继通信，有着无法取代的核心地位。

人类火星探测任务类型对比

而着陆任务能通过复杂的着陆系统降落于火星表面，实现对火星表面更加精细的研究，例如表面土壤成分、水资源勘探、地表气象条件等。但着陆任务受限于通信能力，几乎不可能与地球直接联系，必须通过火星上空的环绕器中继信号。其中巡视类着陆任务更是成为近些年的主流，它们又叫做火星车。顾名思义，火星车的最大优势是带有运动系统，能够携带多种仪器移动和巡视，研究较大范围的火星表面，且可以按照科学家指令去探测制定地点。常规火星车使用太阳能，但受限于火星表面光照和气象条件影响较大。随着科学家对超长待机的放射性同位素电机（核电池）利用逐渐深入，愈加复杂并高度集成的有效载荷也能搭载到更大的火星车上，成为人类火星探测的主力。

人类对火星的研究揭示了很多出乎意料的信息。原本人类认为火星上仅有极少的水，但奥德赛和侦察轨道器发现了水广泛存在的痕迹，火星快车发现了诸多疑似地下水湖的含水区域，勇气号、机遇号、好奇号和毅力号等更是在火星表面发现了诸多水流冲刷痕迹。而洞察号也发现火星的内核远比想象中的大，占据了火星半径一半以上，与地核占地球半径的比例几乎一致，且火星内核依然保留大量熔融物质，并非科学家们原本认为的已经“冷却”下来，但也进一步让火星弱磁场的成因变得扑朔迷离。天问一号和祝融号的初步研究成果，也确认了上述信息。可以说，现在的火星在昭示着地球的未来，为人类进一步研究地球母亲提供了一个最好的样本。

毅力号火星车和机智号直升机代表着人类火星探测新高度（图源：NASA）

与此同时，人类还在使用更多新技术研究火星。2021年4月19日，在预装软件控制下，机智号直升机在火星大气中完成了30秒悬停，这是人类飞行器首次在地外天体大气中持续且受控的动力飞行，原本计划只能飞行5次就结束任务的它至今已飞行了29次。从地表巡视到空中飞行，这个小直升机大大提升了人类对火星表面的探测能力，也打开了新的探测思路。

在现有的各国火星探测计划中，火星采样返回都是未来十年内的重大节点。由于要实现入轨火星、着陆火星、巡视采样、样品收集、火星发射、火星上空交会对接和返回地球等一系列高难度步骤，这个节点无疑也代表着人类现今航天科技的顶级实力。

而在更远的将来，载人登陆火星将是人类科技史上的崭新巅峰，让人类真正成为跨行星生存物种。目前，各航天势力都在摩拳擦掌，更有SpaceX等商业航天公司加入角逐，共同在重型运载火箭、深空探测载人飞船、大型空间站、火星表面探测基地等领域不断突破。

终有人类踏上火星表面的那天，我们还需拭目以待！