在羅馬神話中，火星是戰神Mars。在中國古代，火星被稱為「熒惑」，始終披著神秘的面紗。
這顆孤獨的紅色類地行星，因有著與地球相似的外部空間環境和物理化學屬性，而成為深空探測和未來人類星際移民的首選目標。
來自地球的新「使者」
2018年5月5日，美國國家航空航天局（NASA）「洞察號」（InSight）火星探測器發射升空，於11月26日在火星埃律西昂平原（Elysium Plain）西部成功著陸，成為人類派往火星的新「使者」。
此前，人類曾發射過四十多個火星探測器，但多半都以失敗告終。在總共14次成功進入了火星大氣層的著陸任務中，僅有7次成功著陸並順利執行探測任務。火星探測的徵途艱險可見一斑。
「洞察號」是第8個成功登陸火星的探測器，設計壽命2年，耗資近10億美元。
火星探測的發現
火星探測主要有兩大科學目標：尋找火星生命，研究火星的形成與演化。
之前的探測都發現了些什麼呢？
在尋找火星生命方面，主要聚焦在尋找水、有機物及其他生命活動跡象。
◎ 找到了火星次表層存在水冰的證據，並得到了可能的水冰分布情況。
◎ 發現了風化鹽類礦物和含水硫酸鹽礦物等，表明火星曾經可能有水存在。
◎ 發現火星表面廣泛存在的類似河道的地貌特徵，可反演出火星古海洋和古水系的水體運動過程。
◎ 發現了火星南極高原冰蓋深處的湖泊，表明火星表層深處可能存在更多穩定的液態水，擁有適合微生物等生命體生存的條件。
◎ 在一塊火星隕石中發現了大量疑似細菌形狀的「化石」，並在隕石破裂表面發現了磁鐵礦、黃鐵礦顆粒及大量多環芳烴（PAHs）等可能與火星生命相關的線索。
◎ 發現火星上有古老的有機分子和季節性變化的甲烷。
不過，迄今為止科學家們還沒有找到火星上存在過生命的直接證據。
在研究火星的形成與演化方面，積累了大量關於火星大氣和外圍空間環境以及火山、峽谷、巖石、土壤等火星表面地理特徵的探測數據，並開展了對火星磁層、電離層、大氣層、以及火星地形和物質組成演化過程等的研究。
◎火星板塊運動極少，也沒有活動的全球磁場，現在幾乎沒有強烈的地質活動，火星因此基本保持了古老的地形格局與特徵，即使最年輕的巖石也有近1.8億歲。這非常有利於科學家們從火星地質構造中回溯行星形成早期的遠古信息。
◎火星表面沒有發現現存的江河湖海等液態水系；火星的大氣非常稀薄，表面大氣壓只有地球的0.6%，大氣中96%是二氧化碳，平均氣溫-63℃。這些都是嚴重不利於生命活動的條件。人類目前已知和可以預見的技術都還遠遠不足以改造火星環境。
火星和地球這兩顆45億年前在相仿的條件下形成的行星，顯然經歷了截然不同的演進路徑。
裝備精良的「洞察號」
不同於先前任務中的火星車可以四處溜達，「洞察號」只能在原地宅著。為了與火星深度接觸，走進戰神的內心世界，「洞察號」需要紮根著陸點深入探索火星內部構造，獲取火星地質構造和熱流傳導的第一手數據。
「洞察號」攜帶了3大裝備：法國研製的「火震」儀SEIS、德國研製的熱流與物理性質探測包HP3、以及美國研製的自轉和內部結構試驗儀RISE。此外，它還有一套環境監測儀器。
「洞察號」火星探測器及其裝備示意圖 | 圖源：NASA
● 「火震」儀——SEIS
用於探測「火震」（火星地震）信號，研究火星內部結構。SEIS就像一個大大的「聽診器」，時刻監聽戰神的「呼吸」和「心跳」。
「火震」信號有多種解釋：板塊運動產生的真實地震、隕石碰撞、火星大氣層內的流星爆炸等。
但是，火星板塊運動和隕石碰撞事件的發生概率都較低。為了在有限的設計壽命裡有所作為，SEIS主要探測進入火星大氣層內的流星爆炸產生的震聲信號，也就是監聽戰神Mars在流星空爆發生時「受驚嚇」的程度。希望至少可以從中測出隕石對火星表面的撞擊頻次。
● 熱流與物理性質探測包——HP3
用於火星地熱流的測量。通過一個名叫「鼴鼠」的熱流探頭鑽入火星地表以下大約5米深處，探測地熱傳導率和溫度梯度。
然而人算不如天算。從今年2月28日開始，這個探頭似乎遇到了堅硬的巖石或者其他麻煩，雖幾經嘗試仍沒能鑽到5米深的預定地點。為確保儀器安全，該儀器被迫暫停，需等新方案制定後才能繼續開展勘察。
● 自轉和內部結構試驗儀——RISE
用於精確測量行星自轉參數，包括火星的自轉速度和自轉軸變化。行星自轉參數對於研究行星內部構造具有重要參考價值。
快跑，「火震」啦！
自2018年12月「洞察號」在火星表面工作以來，SEIS監測到了4個疑似火星地震信號，分別發生在今年3月14日、4月6日、4月10日和4月11日，其中4月6日的信號最為清晰。NASA噴氣推進實驗室（JPL）隨後在網站上公布了這段疑似「火震」的聲音。
音頻裡依次記錄了三個明確的事件：火星風、疑似火星地震、機械臂移動引起的震動。
儘管監測到的信號非常微弱，科學家們還不能據此給出信號來源的明確診斷，但這至少證明了火星上的確存在活躍的地質活動。戰神的確被「嚇」到了！
此次疑似「火震」信號與阿波羅探測到的「月震」信號十分相似。所以，另一種可能的解釋是：火星和月球內部存在持續冷卻收縮，長時間演化造成殼層結構的改變甚至斷裂，從而引發「火震」和「月震」。
「火震」信號的探測發現標誌著行星物理學探索進入一個新時代：人類對於類地行星的探測不再局限於軌道觀測和表面巡視，開始逐漸走進行星的「內心世界」。我們期待「洞察號」探測到更多「火震」信號，帶來全新的科學發現。
2020：拭目以待
火星探測窗口（飛向火星所需的能量最少）每26個月才有一次，下一個火星探測窗口在2020年左右。
有多個火星探測器計劃明年發射：美國的「Mars 2020」火星車、歐洲與俄羅斯的著陸器和火星車、印度的第2次火星探測任務、阿聯的「希望號」，還有中國的首顆火星探測器。值得一提的是，根據中國國家航天局正式發布的消息，中國火星探測器將一步實現「環繞-著陸-巡視」，對火星開展全球性、綜合性的環繞探測，在火星表面開展區域性巡視探測，將於2021年登陸火星，實現中國火星探測器與戰神的首次親密接觸。
太空探索，永無止境。預祝這些火星探測計劃成功，並期待更多發現和驚喜，不斷揭開火星神秘的面紗。「熒惑」終將不惑。
作者簡介
季江徽：中國科學院紫金山天文臺「行星科學與深空探測實驗室」首席研究員，中國科學院行星科學重點實驗室主任。研究方向：太陽系小天體動力學、系外行星系統形成與動力演化、深空探測軌道和技術等。
本文基於作者發表於《科學通報》（2018年26期）的約稿文章「洞察號」啟程探索火星內部世界，並結合了「洞察號」最新進展。
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