文/ 小宋同學
北京時間27日凌晨，美國宇航局的洞察號（InSight）無人探測器確認成功登陸火星。這臺探測器於今年5月5日在美國加利福尼亞州范登堡空軍基地被發射升空，耗時六個半月飛行4.8億公裡來到火星。
「洞察」之名取自該研究項目全名「使用地震勘測，地學測量和熱傳輸的內部勘探」的英文Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport的首字母縮寫。和之前部分探測器不同，洞察號無法進行移動。
洞察號軌跡（紅色），地球軌跡為藍色，火星軌跡為綠色
（圖源：NASA）
在這次洞察號登陸火星的任務中，美國宇航局為了向公眾進行太空探索方面的宣傳，在全球共徵集了約243萬個人的名字（其中包括約26萬中國公民），並將這二百多萬個名字全部寫在了兩枚8毫米尺寸的晶片上。這兩枚晶片被粘貼在著陸器的外殼上，已經到達了火星。
被先後粘貼在洞察號外殼上的兩枚晶片
（圖源：NASA）
值得一提的是，為了使240多萬個名字能被加工在儘量小的晶片上，美國宇航局使用了比較高端的電子束光刻技術進行加工。
電子束光刻技術（electron-beam lithography, EBL）是晶片製造的關鍵性技術，同時兼具高性能和低產量的特點。由於這個技術過於高精尖，成本高且工藝複雜，目前只用於實驗室內試製晶片，並未向工業化量產推廣。EBL技術比起今年上半年引起各位小橘子關注的晶片事件中，被廣泛提及的光刻機，即光刻技術（photolithography）等要先進一個世代，大致可以理解為航母上電磁彈射和蒸汽彈射之間的代差。
實驗室使用的電子束光刻設備
（圖源：duke.edu）
在小小的矽片上寫兩百多萬個名字只是洞察號順便做的一件小事，這臺強大的火星探測器攜帶的裝備總重量為50公斤，全部為科學研究設備和相關輔助系統，核心的儀器主要有三臺，即內部結構地震實驗儀（SEIS）、熱流和物理學特性探頭（HP3），以及自轉和內部結構實驗儀（RISE）。說人話就是分別用來監測火星的地震情況、內部溫度和自轉狀況。
洞察號已經傳回了第一張照片，顯示了探測器周圍環境的汙跡
（圖源：NASA）
洞察號項目由軍工企業洛克希德·馬丁公司和名校加州理工學院負責設計研製，不過最核心的兩臺實驗儀器SEIS和HP3分別為法國和德國製造。來自奧利地，比利時，加拿大，日本，瑞士，西班牙，波蘭和英國的高校和研究所也參與了研製工作。
火星探測這一工作雖然屬於航天領域，但是和敏感的軍事情報衛星之間還是有比較大的區別。由於遠離地球，這種深空探測器對計算、通信、動力的要求要比人造地球衛星高出許多。同時，火星探測設備一方面需要在難以想像的惡劣外星球環境下著陸，另一方面需要攜帶許多容易損壞的精密科研儀器。因此完成火星探索項目需要基礎科學等領域的科學家和航天等領域的工程師的密切合作。
（原始圖片來源：NASA）
從前文提到的地震、內部溫度等詞可以看出，洞察號的正式任務主要是獲得地表之下的數據，解決行星和太陽系科學中最基本的問題之一——了解形成內太陽系（包括地球）的巖石行星在40多億年以前的形成過程。每當世界各國發射一些複雜的深空探測設備時，大家往往都會被各種冗長的術語和理論搞得暈頭轉向。今天小編就帶各位小橘子一起梳理一下，科學家和工程師們研製探測器的邏輯和思路。
人類向火星發射探測器的歷史自1960年蘇聯發射火星1A號至今已經五十多年。此後比較重要的探索，是美國在本世紀先後登陸火星的四個探測設備：勇氣號和機遇號火星車、鳳凰號探測器以及好奇號火星車。
勇氣與機遇是兩輛於2004年同時登陸的同款火星車，研究了火星著陸區的土壤、礦物，主要目的是了解火星表面目前或者曾經是否有水活動的跡象，對火星環境能否支持有機物存在進行評估。
藝術性描繪的勇氣號/機遇號火星車
（圖源NASA）
鳳凰號2008年在火星的極地著陸，並完全證明了火星極地上存在水冰和水蒸氣。同時，鳳凰號還執行了相關的土壤的微觀、溼化學和氣象研究。這次的洞察號，其整個結構設計基本是基於鳳凰號的。
藝術性描繪的鳳凰號著陸場景
（圖源：NASA）
2011年的好奇號火星車大小和平時的私家車相當。它對火星上的有機碳化合物和可能代表生物存在的痕跡進行了著重研究，並評估了一些火星大氣的演化歷史和火星表面輻射狀況。最關鍵的是，好奇號證明了火星土壤中含有豐富的水這一事實。
好奇號火星車的自拍
（圖源：NASA）
通過之前的研究，人類對火星的表面、極地、大氣層和電離層都有了一定的研究，所以才有這次洞察號專職於火星內部的研究這一項目。這與所有科學研究的由淺入深由表及裡是相符的。今年，更有歐美的研究表明火星存在冰下湖和有機物質，人類對火星這一近鄰的了解越來越深入。
我們普通人出門旅行，也會喜歡了解當地的風土環境，自然地貌以及本地物產。科學家和工程師也是通過一次次地登陸，慢慢了解整個火星的地質、地理、大氣、水文等特徵。這樣的研究，不僅對人類了解火星這樣的一個太陽系內和地球最相似的星球有價值。同時，通過與火星進行比較，我們也能更好地理解地球自身的歷史、大氣水文地理甚至是生命的演化等等諸多問題。
火星由於距離地球實在太過遙遠，目前世界各國還談不上對其有什麼經濟、軍事或者政治上的利益。即便如此，世界各國也對火星探索十分重視，例如這次的洞察號和之前的好奇號成功著陸之後，川普和歐巴馬都專門致電相關機構表示祝賀。
我國對火星的探索處於起步的階段。中俄合作的火衛一-土壤號探測器與我國第一臺火星探測器螢火一號於2011年升空，遺憾的是搭載這一設備的火箭發射並未成功。
我國螢火一號展開構形示意圖
（圖源：中科院）
目前我們人類生活的唯一家園是地球。在這個星球上，每天每年，大到國與國的貿易、軍事，小到我們個人的工作、生活，對於地球之外的星辰大海來說，都不過是轉瞬即逝的微塵。通過探索火星的「內心」，人類也是在了解自己和家園的過去與未來。
參考來源：新華網、美國宇航局官網等