火星，在英语中被称为玛尔斯（Mars，意为战神），古汉语中则因为它荧荧如火，位置、亮度时常变动让人无法捉摸而称之为“荧惑”。火星的火红色，自古就吸引着人们。除了绚丽的外表，火星因其“类地”的内在，更吸引着现代科学家。
■本报见习记者 袁一雪
浩渺星空，拥有无数反射着太阳光的星体，其中有一颗，人类倾注了巨大的人力物力去研究。它就是离太阳第四近的行星、四颗类地行星之一的火星。
2011年，著名物理学家史蒂芬·霍金曾对媒体称地球终将被毁灭，而人类要想继续存活只有一条路：移民外星球。霍金说：“人类已经步入越来越危险的时期，我们已经历了多次事关生死的事件。由于人类基因中携带‘自私、贪婪’的遗传密码，人类对于地球的掠夺日盛，资源正在一点点耗尽，人类不能把所有的鸡蛋都放在一个篮子里，所以，不能将赌注放在一个星球上。”
那么另外一个放鸡蛋的篮子在哪儿？科学家们几乎一致认为，是火星。于是，这颗外表奔放，内心保守的古老星球，得到了来自“邻居”的关注。
为什么是火星？
太阳系拥有八个行星，按照离太阳的距离从近到远，依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。“八个行星中，包括地球在内有四个类地行星。其中，水星非常热，而金星的大气压是地球的92倍。”北京大学地球与空间科学学院教授焦维新向《中国科学报》记者解释道，“虽然火星的大气压只有地球的0.1，但是火星自转一天的时间与地球接近。其外部同样有大气层环绕。”
如果继续深挖火星与地球相似的渊源，恐怕还要从太阳系形成之初说起。国家天文台研究员王俊杰告诉《中国科学报》记者，尽管太阳系的形成过程已经无法看到，但是从其他恒星的形成过程，不难窥探一二。“恒星形成于分子云中。分子云在宇宙中，相当于我们看到的天上的乌云。只不过，分子云中包括分子气体和尘埃等。分子云因引力作用密度逐渐升高而造成塌缩形成原恒星, 原恒星周围形成吸积物质的转动吸积盘。”王俊杰表示，“在吸积盘转动的过程中，又形成若干环，这些环中的物质在万有引力作用下逐渐凝聚成行星。也就是说恒星形成的同时，围绕在其周围的行星也就形成了。”
既然在同一个分子云中形成，就决定了地球与火星的大致成分和比例都相似。王俊杰解释说，从实际观测结果看，科学家们也认为在遥远的过去，火星与地球的物质状态相似，有些历史过程也相似。比如，都拥有或曾经拥有海洋、火山等。只是因为与太阳距离不同，导致环境相差比较多。
现实的火星上环境恶劣，这点从美国探测器发回的照片中一览无余。“到目前为止，没有发现大量的液态水，也没有发现生命的痕迹。而且火星的大气层非常稀薄，有科学家认为是太阳风所致，但是具体是什么原因还需要继续探究。”焦维新说， “火星距离地球的距离最长可达4亿公里，但是最近的时候则不到5600万公里，我们称之为‘大冲’。”王俊杰说。每个大冲一般间隔26个月。由此看来火星恐怕是人类近期“移居”最好的选择。“而且，人类对于火星的研究对于了解地球本身也具有一定意义。”焦维新表示，“特别是对保护我们地球，如何防止地球进一步恶化，都有借鉴意义。”
了解火星需要几步？
人类对火星的渴望并非近几年的事，早在上世纪60年代，美国和前苏联就开始了关于火星的探索。
“人类对火星的探测过程，其实和探测月球一样，都是绕、落、回三步。现在，绕和落的问题已经解决，只有回的问题悬而未决。”《国际太空》杂志执行主编、空间技术专家庞之浩对《中国科学报》记者解释道。目前，人类针对火星的探测包括发射轨道器和着陆器。“上世纪90年代，美国开始实施火星生命计划，将轨道器和着陆器同时发射升空。经历了两次失败后，美国采取了分开发送的方法。”庞之浩说，“也就是在某一个火星大冲时发射轨道器。然后通过轨道器观测着陆器着陆的最佳位置，再在之后的大冲时发射着陆器。”就功能而言，轨道器倾向于普查火星情况，而着陆器则是对局部区域的详查。
2001年，美国发射的“火星奥德赛轨道器”就是成功的范例。它身兼数职，不仅对火星进行普查，同时还是火星的中继卫星。“因为火星着陆器发送的信号弱，指挥员往往会把信号先传导至火星轨道器，再传回地球。”庞之浩说，“而且，美国‘火星勘测轨道器’‘火星奥德赛’提供的照片，为机遇号和好奇号在火星的着陆点提供了依据。”
不论是机遇号还是好奇号，甚至是之前美国发射的轨道器和着陆器，“它们每个上天都是有目的的。”焦维新表示，“比如，为了探究火星气体稀薄的原因，美国就发射了一个轨道器，专门探测太阳风的电离作用。而且预计到2020年，美国还将发射一个比好奇号更大的探测器，可以钻入火星内部探测。”
至于取样返回，焦维新也表示难度颇大。首先，探测器要先从火星表面起飞，然后与环绕在火星轨道上的母船交会对接。“尽管火星的引力场是地球的37%，但是依然需要很大的推力才能脱离。”焦维新说。另外，就是对接时如何精确控制。要知道，当时中国神州八号完成与空间站的对接是在距离地球350公里处，而对于距离相差几倍远的火星，控制更难。更令人头疼的是，口令的延时，这恐怕让对接过程只能依靠自动设备完成。
除了返回的过程复杂，取回的火星样品会不会把火星有害的物体带回地球，也是科学家们考虑的另一问题。庞之浩介绍说，当年阿波罗登陆归来后，航天员尚且被隔离查看有无有有害物质被带回。因此，面对火星这样的未知星球就更需要谨慎，“如果带回灾难性的生物就麻烦了”。
尽管发射上去的探测器无法取样，但是人类依旧得到了不少有用的信息，比如是否存在生命，是否有生命曾经存在的痕迹等等。之前，火星快车号在火星大气层内发现甲烷，对于科学家也是极大的鼓舞，因为甲烷可能是生命体释放聚集而成。
移民可能吗？
未来，人类可以移居至火星，这样的设想真的可以成真吗？2013年，荷兰非营利组织更是推出“移民火星计划”，即在2023年，通过一系列选拔和培训，将最终在申请者中挑选出2男2女共4人送去火星，成为火星首批居民，并且将永远居住在那里，在火星上建立人类的首个永久性定居点。焦维新认为，荷兰的这项计划“有点离奇”。“因为，荷兰本身就没有像样的航天事业，而且它从未向月球、火星发射过任何探测器。没有经过实验检验就直接进入载人阶段有些不太现实。”
庞之浩也认为，移民火星首先要突破的是“人要到火星上去”。因为就目前的技术而言，从地球到火星一个来回需要520天，这对人的生理、心理的影响都很大，还要解决长期辐射和长期生命保障等一系列复杂问题。如果能够缩短去火星的飞行时间，比如采用核动力飞船，将去火星的行程由10个月缩短至2个月，那么这些问题就简单得多。“但是核动力飞船研发本身也不容易，美国研究后发现核辐射的问题不容易解决，在核动力飞船内，每天的辐射量相当于拍摄8次X光片。不过，美国和俄罗斯都正在继续攻克这一难关。”庞之浩说。
焦维新曾经在他所著的《探索红色星球》中，提出过一个概念，叫“火星地球化”。但是他表示，如果真要把火星改造成适合人居住的话，年限是800年。“因为，火星没法和地球相比，有些方面可以改造，但是像引力、磁场、辐射等问题，人工没法改造。”焦维新说，“人类进入太空才50多年，难以想象500年后，科技会达到什么程度。但现在谈这些还为时尚早。”
回望火星探测来时路
一颗石头便能激起涟漪，人类对于火星投下“兴趣之石”的时间，几乎与人类刚刚有能力挣脱地球引力飞向太空的时间相同。
最早期的探测器几乎都失败了，但是这不能打击人类追求未知的决心，火星探测也就是在一次次的失败中不断前进，愈挫愈勇。
火星第一次露“真容”
1960年10月10日，前苏联向火星发射了第一枚探测器火星1A号。紧接着就在四天以后，第二枚火星探测器升空。然而这两枚火星探测的先行者却连地球轨道都没能到达。
1962年，当火星又一次运行到合适的位置时，前苏联的第三枚火星探测器升空了，然而这次它也是仅仅到达了环绕地球轨道而已。同年11月，前苏联向火星发射了火星1号，这枚探测器成功进入了往火星的轨道，并且计划于1963年6月19日到达火星，然而当1963年3月21日它飞行到距离地球1.06亿千米的距离时，却与地面永远失去了通信联系。三天以后，前苏联的又一枚探测器升空，这枚探测器同样面临着失败的命运，仅仅到达环绕地球轨道，就未能再次成功点火，两个月后堕入地球大气层烧毁。
两年后，美国“粉墨登场”，先后向火星发射了两枚探测器：水手3号和水手4号。水手3号的探测器偏离轨道，最终导致发射失败。而水手4号于12月28日发射升空，它的任务目标就是执行近距离火星科学观测，并将结果传回地球。1965年7月14日，水手4号回传了一张火星表面的照片，这是第一张从地球以外另外一个行星上拍的照片。这张充满了陨石坑、死寂世界的照片，震惊了科学界。接下来，水手4号又向地球传回了21张照片。它发回的数据表明，火星的大气密度远比此前人们认为的稀薄。然后，它环绕太阳轨道上花费三年时间对太阳风进行探测。
之后，前苏联和美国的几次尝试纷纷以失败告终。这种状况一直持续到上世纪70年代。
1971年，美国向火星发射了两枚探测器——水手8号和9号，尝试进入火星轨道，环绕火星飞行，以获取火星的高清晰照片。水手8号火箭“夭折”在大西洋。而水手9号则比它的兄弟们幸运得多，成为有史以来第一枚成功进入环绕火星轨道的探测器，1971年11月14日，水手9号终于到达火星，在火星轨道上工作了将近一年之久，发回了7000余张照片，覆盖了火星表面超过80%的部分，同时还对火星的卫星进行了探测。
无人探测器登场
与水手9号同一年飞向火星的还有前苏联的三枚探测器。其中，火星1号和2号不是失误就是失联而失败。只有火星3号成功在火星着陆，成为有史以来第一个成功在火星表面着陆的探测器，虽然它仅仅在火星上工作了大约20秒就永远与地球失去了通信联系。
1975年，美国国家航空航天局实施了“海盗号探测计划”，被称为“有史以来最为成功的火星探测计划之一”。它们由两部分组成，一个轨道器和一个着陆器。海盗1号于1975年8月20日发射升空，轨道器于次年6月19日进入环绕火星轨道，着陆器则于7月20日在火星表面成功着陆。海盗2号则在1975年9月9日发射升空，轨道器于次年进入环绕火星轨道，之后着陆器在火星表面成功着陆。海盗1号成为第一枚在火星上着陆，并且成功向地球发回照片的探测器。
海盗1号的轨道器在轨道上一直工作了5年，而着陆器使用核能作为电力来源，在火星表面正常工作超过6年，直到1982年11月13日错误指令导致失去通信联系为止。在很长一段时间内，海盗1号都是在火星表面存活时间最长的纪录保持者，直到2010年5月19日才由机遇号以2246个任务日的运转打破了海盗1号2245个任务日的纪录。海盗2号的轨道器在轨道上一直工作到1978年，而着陆器在火星表面正常工作了三年多的时间，直到1980年4月11日电池故障导致通讯联系中断。海盗号火星探测计划总共向地球发回了数万张高清晰照片。
多国参与探测火星
1988年，前苏联再次推出一个新的火星探测计划，将福波斯（Phobos）1号和福波斯2号探测器送入太空。然而尽管相隔15年之久，这两颗探测器依然没能逃脱失败的命运。
这场失败为人类在上世纪80年代对火星的探测画上了句号。当时间迈入20世纪的最后10年，除了美国和前苏联解体后更名的俄罗斯，日本也加入到火星探测的阵营，于1998年7月3日，发射了希望号。希望号在经历了几次失误后，终于在2003年被放弃。
21世纪来临后，世界各国纷纷加入探测火星的行列中。2003年，欧洲航天局的“火星快车”探测器发射升空，并于2004年公布发现火星南极存在冰冻水。后来，“火星快车”还在火星大气层内发现甲烷。
2011年11月9日，中国“萤火一号”火星探测器搭载在俄罗斯“福波斯-土壤”探测器内部，由俄罗斯“天顶号”运载火箭在哈萨克斯坦拜科努尔发射场点火发射，尽管这一探测行动最终失败，但是依然是中国向火星探测迈出的重要一步。而在2013年，印度政府也在民众对政府耗费巨资探索遥远的火星表示强烈不满中，将火星探测器曼加里安号发射升空。此时，曾经“试水”多年的美国和俄罗斯，分别宣称将在2020年和2025年把人类送上火星。（原鸣）
《中国科学报》 (2014-07-11 第14版 关注)
