鄭永春：火星！火星

1 地球，唯一的家園

茫茫宇宙，地球是我們賴以生存的家園。它看上去是多麼的生機勃勃——有大海、陸地、藍天、白雲、綠樹、紅花……從太空看地球，我們就會發現，除了地球，我們似乎沒有別的地方可以去了（Only One Earth）。

藍色星球——地球

但我們的地球卻又非常渺小。這是航天史上非常著名的一張照片——暗淡藍點。這是在1990年旅行者號飛船離開地球13年後，抵達冥王星那麼遠的距離時，回望地球所拍的照片。在這張照片裡，我們的地球，只不過是陽光下的一粒微塵，好像吹口氣就能把它吹走。

暗淡藍點

2 火星，「全村」的希望

地球那麼小，宇宙那麼大，我們想要知道除地球外，還有沒有那麼一顆星球，適宜人類居住。這個疑問一旦萌發，首先想到的一定是月球。因為月球離地球最近，地月距離只有38萬公裡。而最近的行星離我們至少有5500萬公裡。

但到了月球，我們發現，那兒既沒有大氣，也沒有水，沒有任何生命的痕跡。因此，科學家繼續向更遠的星球進行探索——金星和火星。

到了金星，科學家發現這個地方環境更加惡劣，就像是地獄一般。金星上的溫度是460℃，大氣壓是地球的90倍，天上下著硫酸雨，地上流著熾熱的巖漿。這是一顆連機器人都只能活幾分鐘的星球。因此，移民金星，似乎是不太可能了。

於是乎，火星便成為了人類移居行星的「第一候選人」。作為太陽系全「村」的希望——火星，與地球有許多相似之處：

1. 火星的自轉軸與它的公轉平面之間並不是垂直的，因此火星和地球一樣也有四季變化。

火星和地球的四季變化

2. 「洞察號」火星車曾在兩年的時間裡探測到火星上的四次地震，由此推測火星的內部結構和地球一樣，也可分為殼、幔和核三個部分。

火星的內部結構

3. 雖然火星沒有像地球一樣厚厚的大氣層，但火星表面並不是真空的，有時還會出現沙塵暴和龍捲風。而且，在很久很久以前，火星也有濃密的大氣層。

火星上的沙塵暴和龍捲風

地球的直徑是火星的兩倍，但地球若要和火星「比高」，卻不是火星的對手。下面這張圖是一張火星的高清照片，可以看到畫面偏左部分有四個凸起來的小包包，那是火星上四座巨大的火山。四座火山中，最高的叫做奧林匹斯山（最左邊的山）。它不僅是火星的最高峰，而且是整個太陽系的最高峰，高達22公裡，是珠穆朗瑪峰的2.5倍。另外三座大火山的高度也都超過了1萬米。畫面偏右部分有一條巨大的裂縫，那是水手大峽谷。這條峽谷有多長呢？相當於從上海到拉薩的距離，長達4000多公裡。在大峽谷的頭部（左側），有一塊像迷宮一樣的地形，叫做諾克提斯迷宮地形。

火星上的四座大火山和水手大峽谷

圖片來源：https://www.zmescience.com/research/technology/3d-printing-craters-mars-13112015/

3 火星傳說的真真假假

關於火星，我們更熟悉的也許不是一些理性的數據，而是許多傳奇的故事。

這是1877年科學家通過望遠鏡觀測火星而繪製的火星地圖。在這張火星地圖上，有一些奇怪的直線條。這些直線條是什麼呢？有人說這是運河，人挖出來的運河。

1877年繪製的火星地圖

後來天文學家羅威爾在《紐約時報》上發表了一篇文章。他說火星人花了兩年的時間挖了兩條巨型的運河。因為他們遇到了嚴重的旱災，所以他們要緊急開挖運河，運送南北極的冰雪融水來挽救火星上的赤道農業。他的這篇文章引發了當時民眾的恐慌。人們害怕，萬一火星人在火星上生存不下去了，他們就要來進攻地球了。

但後來我們發現所謂的火星運河根本不存在。下面兩張圖，左邊是布滿運河的的火星地圖，右邊是真正的火星。你看，所謂的直線條根本就不存在。但是那些暗斑畫得還是比較準確的。

今天的火星地圖和真實的火星

這是「海盜號」太空飛行器在在火星上拍到的一張照片，叫「火星人臉」。大家可以看到火星人有眼睛、鼻子和耳朵。

「海盜號」太空飛行器拍攝的「火星人臉」

後來有一個太空飛行器——火星快車，它拍這個人臉的時候發現所謂的火星人臉原來是一座山。地球上也有這樣的山，一般被叫觀音山或者臥佛山。

「火星快車」太空飛行器拍攝的「火星人臉」

這是一個火星車拍到「火星人」在火星上曬太陽。科學家為了了解為什麼會有人在曬太陽，他們把前幾年拍的照片找了出來，發現這個人已經在那曬了三年。原來 ，那就是塊石頭。

「好奇號」火星車拍攝的「曬太陽的火星人」

由此可見，科學家也會犯錯。只有不斷地深入了解，才能修正錯誤，逐漸接近真理。

4 火星上有生命嗎？

傳說歸傳說，我們對於火星生命的好奇從未減弱過。幸運的是，「好奇號」和「鳳凰號」火星車似乎已經找到了一些蛛絲馬跡。

「好奇號」2012年登陸火星。在這7年時間裡，「好奇號」一直在爬山，甚至已經跑完了一整個馬拉松的距離。在爬山的路上，它看到了一塊石塊，覺得這石塊非常有意思。經過取樣和檢測，它發現，這塊石頭在幾十億年前被水浸泡過了很長時間。這便是火星上曾經有水的證據。

「好奇號」鑽孔研究巖石成分

「好奇號」路過了許多條「曾經的河流」。有一條就是下圖中箭頭所指的地方。現在這條河流的已經完全乾掉了，但是兩岸還有很多河水衝刷的痕跡。

火星上曾經的河流

這是火星上的一條河流。它衝破了山谷，形成了一塊三角洲。「好奇號」火星車在那兒發現了一片鵝卵石。在地球上，人們也找到一片類似的鵝卵石。而找到鵝卵石的那片地方曾經有一條潺潺流動的小溪流。那麼，火星上可能也有同樣的小溪。但是那條河裡面有螃蟹嗎？有小魚嗎？我們無從知曉。

火星上的衝擊扇

溪流遺蹟與鵝卵石（A：左火星，B：右地球）

「鳳凰號」火星車在火星表面用鏟子挖了一條淺淺的溝。它發現這溝裡面有幾個冰塊，4天之後冰塊沒有了。它還在自己的著陸腿上發現了一些露珠，過了幾天之後露珠也消失了。這說明火星的空氣中和土壤裡是有水的。所以，將來去火星就不用帶水了。

「鳳凰號」發現的冰塊和露珠

火星上不僅有水的痕跡，還有微生物可能存在的證據。「好奇號」火星車「聞到」了火星上的氣體中含有甲烷。我們都知道，地球上的甲烷是微生物產生的。那火星上的甲烷是怎麼產生的呢？這能說明火星上也有微生物嗎？這個證據也許沒有那麼充分，火星上的甲烷有可能是由微生物產生的，也有可能是由水和石頭發生化學反應而產生的。

火星上甲烷的可能來源

5 火星！中國來了！

在火星探測的浪潮中，中國也不甘落後。7月23日，中國在海南文昌航天發射場發射了火星探測器，這次火星探測任務名稱為」天問一號」（「天問一號」的火星車還未命名，等待你來給它取個美好的名字）。7月20日和7月30日，阿聯和美國分別也發射了火星探測。為什麼火星探測器都在今年7月份發射呢？

天問一號

因為2020年7月-8月是火星探測的「窗口期」。在這段時間內，火星在地球前方44°。當火星探測器發射後，地球沿著藍色的軌道運行，火星沿著紅色的軌道運行，探測器則沿著綠色的軌道去往火星。這條綠色的軌道就是地火轉移軌道，也就是大名鼎鼎的霍曼轉移軌道。這條軌道有什麼特別之處呢？——這是最省能量的一條軌道。只有當火星在地球前方44度時，太空飛行器才能進入霍曼轉移軌道。一旦錯過，就需要再等26個月。

從地球到火星的最佳路線

還有一個重要的時間點——2020年的10月14日。那天，太陽、地球、火星在天空中排成一條直線，我們稱這個現象為火星衝日。這個時候火星和地球的距離是最近的，是用望遠鏡觀測火星的最佳時機。

說回「天問一號」。7月23日，「長徵5號」（也就是我們熟悉的「胖五」）火箭在文昌發射火星探測器「天問一號」。太空飛行器需要在太空中飛行六個月後才能抵達火星。到了火星附近，它會緊急剎車，被火星的引力捕獲，成為環繞火星的衛星。當「天問一號」尋找到一個合適的窗口，它就會鑽入火星的大氣層。從鑽入火星大氣層到著陸，只有短短七分鐘的時間。但是，火星上的信號傳回地球需要十幾分鐘。因此，在這「黑暗七分鐘」裡，它只能聽天由命。

理想的狀態是，當降到一定速度時，太空飛行器會打開降落傘進行減速。再降到一定速度的時候，著陸器會撐開著陸腿，「啪嘰」一聲落在火星表面。然後伸出來兩根懸梯，把火星車開到火星表面。接著，火星車像只蝴蝶一樣張開翅膀，翅膀上的太陽能板會吸收火星上的太陽能，它就能緩緩地走起路來。

火星探測器打開降落傘減速

撐開著陸腿 伸開懸梯

火星車打開太陽能板

6 想去火星生活嗎？

在電影《火星救援》中，火星上可以種土豆。那麼，火星上真的能種土豆嗎？我們先來分析一下火星的溫度：火星的平均溫度為-55℃左右，最高溫度為20℃左右，最低溫度為-100℃左右。在這麼寒冷的情況下，露天種土豆是肯定不行的。再來看看火星的土壤成分：火星土壤成分跟地球土壤成分很相似，但是它缺少有機質和微生物。所以在火星上，想要直接種土豆是不可能的。那有沒有比土豆更好的作物？科學家就在地球上模擬火星的土壤，在上面種植物，希望篩選出那些能夠在惡劣環境下生存的物種，把它們送到火星上去。

有個比較害羞，但是每天都無法避免的問題：「航天員在太空是如何上廁所的？」太空人的尿會經過機器處理，變成乾淨的水。因此，在太空人之間流傳著這麼一句話：「我們今天喝的咖啡就源自昨天喝下去的咖啡。」我們都知道，在太空中是沒有引力的，因此在宇宙飛船的衛生間有一個吸力裝置，用於吸入排洩物。最後，太空人排出的糞便會被打包起來，等回到地球上再丟棄。

最後，用三句話總結全文：地球是人類的搖籃，將來會成為人類的故鄉。月球是地球唯一的天然衛星，將來會成為永不墜落的天然空間站。火星是最像地球的行星，將來會成為太陽系文明的重要分支。

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墨子是我國古代著名的思想家、科學家，其思想和成就是我國早期科學萌芽的體現，「墨子沙龍」的建立，旨在傳承、發揚科學傳統，建設崇尚科學的社會氛圍，提升公民科學素養，倡導、弘揚科學精神。科普對象為熱愛科學、有探索精神和好奇心的普通公眾，我們希望能讓具有中學同等學力及以上的公眾了解、欣賞到當下全球最尖端的科學進展、科學思想。

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