火星，可能是日月之外人類最早注意到的天體之一，火紅色的整體外觀更是讓這顆行星格外惹人關注。古埃及人就曾直接稱火星為“紅色的那顆”。

古埃及人看火星的假想圖。來源：NASA/Mars in a Minute

紅色熒惑

在許多文化里，紅色的火星都和“戰爭、不祥”建立了聯繫。

中國古人稱火星為“熒惑”，早在春秋戰國時期，諸子百家的著作中就大量出現了對“熒惑”的記載。“熒惑守心”這一地球和火星角速率不同造成的“彎道超車”視覺現象，被中國古人視為大凶之兆。

熒惑守心，指火星在心宿附近發生由順行轉為逆行/由逆行轉為順行的過程中停留了一段時間的現象。來源：《武英殿二十四史·史記·宋微子世家》影印版

英文的火星“Mars”則是羅馬神話中戰神“瑪爾斯”的名字，連帶著兩顆小小的衛星都被命名為Phobos和Deimos，這是希臘神話中戰神兩個兒子的名字，意為“害怕”、“恐怖”。

火星、火衛一和火衛二。來源：NASA

描繪火星

十七世紀，望遠鏡問世，但在此後的三百多年裡，人類主要藉助火星衝（日地火近似呈一條直線）這樣的“自然窗口”才能更清楚地看到火星表面形貌。在每26個月一次的火星衝附近，火星可以達到離地球最近的位置，許多火星表面地圖，都是天文學家們基於火星衝時期的觀測繪製的。

實際地火最近會發生在火星衝附近而未必是剛好重合，因為地火軌道都不是完美的圓而是橢圓的。動圖是2016年火星衝的例子，這次地火最近（closest approach）比火星衝（OPPO sition）晚了8天。來源：NASA’s Scientific Visualization Studio 

1840年，德國天文學家約翰·海因里希·馮·馬德勒和威廉·比爾發布了第一張完整的火星地圖，這也是第一張用經緯度標註地球以外行星的地圖：火星的0度經線被定義在小型撞擊坑艾利-0所在之處。

爾在1840年發布的首張火星全球地圖；（右）直徑約500米的艾利-0撞擊坑，位於直徑40千米的艾利撞擊坑內部。來源：MGS MOC [3]

此後三十年間，也有各種版本的火星地圖陸續問世，並用各自的命名方式給火星地貌命名，但最終一統江湖的，還是時任意大利布雷拉天文台台長的喬凡尼·斯基亞帕雷利用1877年火星大衝時期的觀測繪製的火星地圖。地圖中使用的諸多火星典型地貌命名被後人廣泛採納，沿用至今。

喬凡尼·斯基亞帕雷利繪製的火星全球地圖和地圖中沿用至今的火星地名（紅圈），此圖相比於原圖做了經度顯示範圍的調整，注意緯度顯示是不均勻的，而且範圍只在北緯50°-南緯80°之間。修改自：斯基亞帕雷利1877火星地圖

似乎一切都在向著越來越好的方向發展，彼時的人類雖然裝備有限，但依然在一點一點增進對火星的了解。只是，誰也不知道為啥這路走著走著就走歪了。

運河迷思

從彼時的權威人士喬凡尼·斯基亞帕雷利開始，一些天文學家認為自己通過望遠鏡在火星表面看到了越來越多“線性溝槽”。在此後的近百年裡，人們開始相信火星表面確實“阡陌交通、溝壑縱橫”，這些“溝槽”是火星人為灌溉而建造的“運河”。

到了20世紀初的火星地圖中，火星地圖已經成了這樣。注意，早期的火星地圖和如今的火星地圖多為南北鏡像反轉的，這張也需要南北翻轉一下才能得到和上圖一致的位置。來源：羅威爾1896-97地圖，發表於1905年羅威爾天文台的年誌中

於是，這些壓根不存在的“火星溝槽”又讓人們與火星表面的真實形貌漸行漸遠，也讓“火星運河”和“火星人”的錯誤觀念一度深入人心。有機會再和大家展開聊聊這段“火星運河荒唐史”。

直到探測器時代的來臨，這些迷霧才終於被無可爭議的觀測事實所撥開。而我們的故事，就是從這裡開始的。

驚鴻一瞥

如果說望遠鏡的發明“升級”了人類的肉眼，那探測器的登場則為人類的凡胎插上了翅膀。

和“想要近距離看清火星”的望遠鏡時代相似，想要“近距離探測火星”，依然要等待每26個月一次的“窗口期”，只不過，這次的窗口期從“火星衝”這樣“距離上的最近”（觀測窗口），變為了讓探測器最節省燃料的“能量上的最近”（發射窗口）。

每當火星相對於太陽的位置領先於地球44度角左右的時候，從地球發射的探測器經過一個橢圓軌道（也就是“地火轉移軌道”）後剛好會在幾個月後與火星自然相遇，這樣的時機每26個月出現一次。注意，這樣的發射時機並不對應於火星距離地球最近的時刻。改編自：NASA

在1964年的火星發射窗口裡，NASA一口氣先後發射了孿生機水手3號和4號。11月5日發射的水手3號，在發射階段就遇到了一籮筐問題：探測器沒能完全從頭錐中彈出、太陽能板沒能展開、電池耗盡…最終發射失敗。

孿生機水手3號和4號的外形。來源：NASA

但正是這些問題的發現為弟弟水手4號走向人生巔峰鋪平了道路。僅僅在23天后的11月28日，修復了所有已知問題的水手4號順利發射，又在8個月後成為了人類第一個飛掠火星並傳回火星照片的探測器。

水手4號共拍攝並傳回了22張火星南半球的照片，讓人類第一次近距離看到了火星表面的樣子，還對火星大氣、磁場和空間環境做了初步探測。水手4號的探測結果基本打破了人類對“火星人”的幻想：相比於地球，火星大氣稀薄，表面像月球那樣撞擊坑遍布。這裡荒涼而沉寂，沒有發現任何支持火星人這樣的複雜智慧生命存在的證據。

1965年7月15日，水手4號飛掠火星時拍攝的火星表面照片。來源：NASA

生死時速

飛掠火星看到的一點驚鴻掠影當然不能讓人類滿足，環繞火星展開長期探測才能將全球每個角落收入眼底。1971年發射窗口，美國和蘇聯迎來了激烈的“火星爭奪賽”。

在短短21天裡，美蘇相繼發射了5顆火星環繞器。最終，NASA水手9號後發先至，率先於1971年11月14日進入環火星軌道，成為人類第一個火星環繞器。自此，人類終於可以駐留在火星附近長期觀測了。

　“生死時速”——1971火星爭奪賽。製圖：haibaraemily

水手9號、火星2號和火星3號抵達火星時，好巧不巧正趕上火星全球性的沙塵暴。但水手9號迅速調整了狀態，堅持到了沙塵暴平息，最終獲得了遠優於火星2號和3號探測成果。僅就拍照這一項，水手9號就拍攝了並傳回了7329張火星表面照片（相比之下火星2號和3號共傳回了60張照片），覆蓋了火星表面85%的區域，一舉超過了之前所有火星探測器的拍攝總和。

使用水手9號數據繪製的火星地圖。圖片顯示火星運河並不存在。來源：USGS

巨大的火山、深長的峽谷、複雜的渠道、熔岩的遺跡、甚至火衛一和火衛二的表面——在水手9號的幫助之下，火星和兩顆火衛的大部分面目，終於一一暴露在了地球人的視野之下。火星最壯觀的水手峽谷，就是以水手9號命名的。

水手9號拍攝的火星表面和火衛一。來源：NASA

踏上火星

環繞探測固然能為我們提供火星近乎全球的整體信息，但實地考察的重要性也不可替代。沒有什麼比真正踏上火星表面，近距離探測火星更讓人類心馳神往。

1975年火星發射窗口裡，NASA先後發射了孿生機海盜1號和海盜2號（Viking）。每艘海盜號都由環繞器和著陸器組成，環繞器進入環火星軌道飛行了一段時間後才擇機釋​​放著陸器。海盜號著陸器採用了最最傳統的降落傘+反沖火箭的著陸方式，和後來的鳳凰號、洞察號如出一轍。

海盜號1號/2號軌道器和著陸器。來源：NASA

1976年7月20日和9月3日，短短一個半月間隔裡，海盜1號和2號的著陸器相繼踏上火星遙遙相對的兩片土地：克律塞平原和烏托比亞平原。

海盜號1號/2號軌道器和著陸器。來源：NASA

它們不僅是美國第1、2個成功著陸火星的探測器，也是人類頭兩個成功著陸火星並順利開展工作的探測器。

第一張在火星表面拍攝的照片。1976年7月20日，海盜1號在著陸幾分鐘後拍攝然後傳回。來源：NASA/JPL-Caltech

第一張火星表面拍攝的彩色照片。1976年7月21日，海盜1號著陸器拍攝，紅色的表面可能是褐鐵礦（水合氧化鐵），這種礦物在地球上是水和氧化性大氣環境下的產物。來源：NASA/JPL-Caltech/PIA00563

儘管嚴格來說，蘇聯的火星3號才是第一個成功軟著陸火星表面的探測器，但非常遺憾的是它在著陸僅20秒後就迅速失聯，沒能順利開展探測工作，連拍攝的第一張照片都沒能傳全乎。

火星3號著陸器傳回的唯一一張“照片”。來源：蘇聯

沒有人知道火星3號著陸器攜帶的火星車是否成功釋放，是否在火星上走上過幾步。

有一說一，這個命運不可知的火星車動起來還是蠻靈的：火星車（×）火星狗（√）。來源：SpaceLin

海盜號的兩艘環繞器也各自精彩。它們在任務期間拍攝了大量火星以及兩顆火衛表面的高清照片，質量遠勝於之前的水手9號任務，覆蓋率更是高達火星表面積的97%，再一次刷新了人們對火星表面的認識。

由海盜1號環繞器拍攝的102張照片拼接而成，中間可見清晰的水手號峽谷，左邊緣可見火星著名地標“三顆鈕扣”——塔爾西斯盾狀火山群。編號：MG07S078-334SP

海盜號的成功標誌著美國在太空競賽火星賽場上的壓倒性勝利，此後，美蘇都陷入了長時間的沉寂。

全盛序幕

1996年底，NASA火星全球探勘者號（MGS）環繞器發射成功，次年進入環火星軌道。在長達9年的火星歲月裡，這顆探測器取得了諸多令人驚嘆的科學成就。

　火星全球探勘者號工作的藝術想像。來源：NASA/JPL

它用激光高度計獲取了迄今為止分辨率最高的火星全球地形數據（MOLA），至今仍是各種科學探測和研究的重要參考。

火星全球勘探者號獲取的火星地形圖，越紅越高，越藍越低。來源：NASA/MOLA

通過這些地形數據，科學家們讓火星北半球低地中許多被掩埋的古老撞擊坑和盆地“重見天日”，這意味著火星看似平坦的北部低地其實並不比撞擊坑遍布的南部高地年輕，反而更加古老。

火星全球勘探者號（MGS）MOLA地形數據揭示的“隱藏”撞擊坑。

它發現了數百處流水形成的沖溝，這意味著火星表面可能在不久的過去還有過液態水流動。

火星全球勘探者號MOC相機拍攝的火星表面的沖溝。來源：NASA/MOC

火星全球探勘者號正式開啟了這後三十年火星探測的全盛時代。

火星“飆”車

1997年，火星探路者號著陸器帶著人類第一輛火星車旅居者號成功登上火星表面。作為NASA第二屆“發現級”項目“成員，“更快、更好、更便宜”是它們的立身之本。

正在被折疊“打包的火星探路者號著陸器和旅居者號火星車。 來源：NASA/JPL

更輕、更小的火星探路者號首次使用氣囊來完成降落傘之後的緩沖減速，然後類似我國的嫦娥三號/四號，在著陸成功之後釋放火星車旅居者號。

　被塞入氣囊之中的火星探路者號和旅居者號，在著陸火星的最後階段借助氣囊多次彈跳來實現緩衝，最終安全停留在火星表面。來源：NASA/JPL

儘管兩個著陸任務僅僅工作了三個月（但已超過設計壽命），火星車僅累計移動了約100米，但火星探路者號和旅居者號作為探索火星的“先頭部隊”，為後續NASA的火星著陸任務驗證了技術、開闢了道路。

石頭左邊的那個小傢伙就是旅居者號，僅重10.5公斤。來源：NASA/JPL 

尋水而來

二十一世紀悄然來臨。2001發射窗口裡，NASA將環繞器火星奧德賽號送往火星。

火星奧德賽號工作示意圖。來源：NASA/JPL

火星奧德賽號的重大成就之一是它搭載的伽馬射線譜儀（GRS）首次在火星上探測到了氫的存在，間接證實了火星地下含有水冰 。

火星奧德賽號的伽馬光譜儀測量的火星全球超熱中子量分佈，越紅越高，越藍越低。因為超熱中子被氫原子慢化的效率最高，所以觀測到的超熱中子量越低就代表氫的富集度（水冰含量）越高，白線劃定的區域被認為地表80厘米以下有穩定存在的水冰。

這艘探測器至今仍在進行科學探測以及為火星上的著陸任務提供通訊中繼，是目前為止所有的火星探測器裡最超長待機的一個。

火星奧德賽號為著陸任務提供通訊中繼示意圖。來源：NASA/JPL 

2003發射窗口，歐空局發起了對火星的首次嘗試，將環繞器火星快車號和著陸器小獵犬2號送往火星。

火星快車號（三根天線是測地雷達）和小獵犬2號藝術想像。來源：ESA

火星快車號絕對稱得上首戰成名，雖然小獵犬2號著陸後失聯了，但絲毫不妨礙火星快車號一路開掛的科學發現。

火星快車號搭載的可見光與紅外線礦物光譜儀OMEGA在火星表面多處檢測出了粘土（也就是水合層狀矽酸鹽）等水合礦物，表明火星表面在很久以前很可能有大量液態水流過。

OMEGA探測到的火星水合礦物分佈。© ESA/CNES/CNRS/IAS/Université Paris-Sud， Orsay； NASA/JPL/JHUAPL； 底圖：NASA MOLA

火星快車號的測地雷達MARSIS更是首次在火星地下發現了疑似液態水湖。

疑似冰下湖的位置（對應著高反射強度，圖中藍色區域）。來源：ESA

火星快車號眼中冰封世界，宛若仙境。水冰覆蓋的科羅廖夫撞擊坑，由火星快車號的HRSC相機影像和數字高程模型共同生成。來源：ESA/DLR/FU Berlin

NASA在這個賽季也同樣輝煌：孿生機勇氣號、機遇號火星車相繼成功發射，並在2004年1月相繼著陸在火星遙遙相對的古謝夫撞擊坑和子午平原，它們的目標是探尋火星上的水。

勇氣號和機遇號火星車。來源：NASA/JPL

由於只能通過太陽能板供電，勇氣號和機遇號原本的設計壽命只有90天。然而，誰也沒有想到，原本被視為災害的火星塵捲風卻時不時幫牠們清除了太陽能板上的灰塵，讓它們能夠活力四射地繼續工作了好多年。勇氣號和機遇號的探測結果進一步證明火星曾經有過溫暖濕潤的環境，那時候的火星或許是適宜生命存在的。

機遇號發現的“藍莓”（赤鐵礦結核）和石膏脈（水合硫酸鈣礦物），均是火星曾有過溫暖濕潤環境的證據。來源：NASA/JPL

2007年，NASA鳳凰號著陸器發射升空，次年降落在火星北極一帶，是目前人類最北的火星著陸任務。鳳凰號和後來的洞察號著陸器採用的都是傳統的反沖火箭著陸方式，而且兩者在外形上也有直接的繼承。

過於相似。jpg 來源：NASA/JPL

挖土小能手鳳凰號不負眾望，很快就在著陸區一帶的土壤下挖出了高純度水冰，堪稱“火星有水”的一記實錘。

　（左）鳳凰號工作假想圖；（右）鳳凰號挖出的水冰，注意左下角新挖出的水冰4個火星日後揮發消失了。來源：NASA/JPL

火眼金睛

2005年，NASA的另一個大殺器火星勘測軌道飛行器（MRO）發射升空。它攜帶的高分辨率相機（HiRISE）為地球人帶來了火星局部最高可達0.3米/像素的照片，甚至比許多地球衛星拍攝的我們地球上的照片都清楚。

MRO工作示意圖。來源：NASA

海量的高清照片不僅讓地球人大開眼界，也讓諸多更為精細的火星地質研究成為可能，一圈一圈環繞火星持續拍攝的高清照片，更讓行星科學家們能夠觀察到火星表面各種隨時間變化的奇特地貌——四時之景不同，而樂亦無窮。

火星，以一種極致清晰的面貌呈現在人類眼前，甚至讓科學和藝術都模糊了邊界。

HiRISE相機拍攝的火星高清細節。© NASA/JPL/UArizona

HiRISE相機在火星上發現的季節性斜坡紋線（RSL），更是讓人們懷疑火星表面直到近期都還有小規模的含鹽液態水季節性出沒。

牛頓撞擊坑中發現的季節性斜坡紋線，不過季節性斜坡紋線是否是液態水所致至今仍有爭議。來源：NASA/JPL-Caltech/UArizona

生命何在

早在1976年，NASA的海盜號任務就致力於探測火星生命。承載著來自地球人對火星生命的殷切期盼，兩艘著陸器都攜帶了生物實驗裝置，用於分析火星的氣體樣品和通過遠程採樣臂鏟取火星的土壤樣品。

海盜1號和2號著陸器用於探測火星生命的遠程採樣臂和生物實驗裝置。改編自：NASA

令人失望的是，儘管部分探測結果顯示出一些疑似生命產物的痕跡，但都沒有被科學界廣泛採信——海盜號沒有得到火星是否存在（過）生命的明確證據。

近三十年，NASA的好奇號火星車接過了火炬。2012年8月，好奇號成功著陸於火星赤道一帶的蓋爾撞擊坑中，目標探索遠古火星可能的水和生命痕跡。

它是當時人類最昂貴、最先進、也最重的火星車，光是重達900公斤這一項，就讓NASA不得不首次啟用空中吊車這種著陸火星的“黑科技”。

自此，反沖火箭、氣囊和空中吊車成為火星著陸三大法寶。來源：NASA/JPL

它不僅可以通過拍照等遙感方式遠程探測火星表面的形貌成分，還能在火星上鑽孔，直接採樣分析火星樣本的成分。

2019年2月3日（第2309個火星日），好奇號拍攝的火星表面。來源：NASA/JPL-Caltech/MSSS/PIA23139

好奇號的“激光筆”，化學相機ChemCam工作示意圖。來源：NASA/JPL-Caltech

好奇號鑽孔，直徑約1.6厘米，下面那個深6.4厘米。來源：NASA/JPL-Caltech

儘管自拍狂魔·鑽孔小能手·激光筆達人·行走的化學實驗室·火星地質學家·好奇號至今仍未發現火星生命的實錘，但它已經在火星上發現了越來越多豐富的複雜有機物和曾經適宜生命生息的環境——這依然給了我們無限希望。

2018年，好奇號在火星樣品的熱分解產物中發現有多種噻吩（C4H4S）類和其他芳香族、脂肪族複雜有機物。來源：NASA/JPL-Caltech/MSSS

凝視於外

2013和2016年發射窗口，NASA的MAVEN任務和歐空局&俄宇航合作的痕量氣體軌道器（TGO）相繼前往火星，它們的目標都是探測火星大氣。

來源：Lockheed Martin 和ESA–D。Ducros

不過，前者的重點在於探索失去磁場的火星是如何逐漸失去大氣層的；後者則想進一步了解火星大氣中的甲烷等痕量氣體，幫助我們從另一個角度認識火星上的有機物甚至可能的生命。

來源：NASA/GSFC

來源：ESA/ATG medialab

洞察於內

早在1976年，兩艘海盜號著陸器就攜帶了火震儀，希望藉此探測火星的內部結構。但遺憾的是，兩個火震儀均未能按計劃工作。而這份遺憾，直到四十年多年後的洞察號才終於得到彌補。

2018年，NASA的洞察號著陸器奔赴火星。洞察號攜帶著火震儀和熱流檢測儀等儀器，目標是探索火星的內部結構、熱狀態、自轉變化等地球物理性質，它終於成了火星上第一位地球物理學家。

洞察號工作示意圖。來源：NASA/JPL-Caltech

儘管熱流檢測儀的安裝遇到了一些困難，但火震儀已經觀測到數百次不同震級的火星震動。洞察號在接下來的時光裡，還會繼續溫柔地聆聽火星的心跳，感受火星的體溫。

乘風破浪

站在2020年這個時點眺望這顆紅色星球，這可能是人類有史以來火星探索最輝煌和繁盛的時期。

儘管人類不再急功近利地堆發射數量和頻率，但質量更優、分工更明確、也更超長待機的探測器們讓今天的火星成為地球以外現役探測器最多的天體，妥妥的C位沒有之一。

火星奧德賽、火星勘測軌道飛行器（MRO）、火星快車、曼加里安號、MAVEN、痕量氣體軌道器（TGO）、好奇號、洞察號，這麼多火星探測器至今仍在工作中，為我們帶來源源不斷的驚喜。

至今仍在火星上“乘風破浪”的6+2天地組合。來源：NASA、ESA、ISRO

在諸多探測數據的積累之下，如今的我們對火星的認識早已今非昔比。從火星的大氣層、表面、到內部結構，從火星過去、演化、到現在——過去這六十年里人類火星探測所獲得的新知，早已遠超過去數千年來人類對火星認識的全部。

火星全球地質圖。不同色塊表示不同的地質單元。來源：USGS

火星全球重力場分佈。越紅表示越高，越藍錶示越低。來源：MIT/UMBC-CRESST/GSFC

明日輝煌

這份輝煌和繁盛還遠遠沒有結束。

2020年7月，新的火星賽季再次開啟。除了ExoMars二期任務臨陣退賽之外，阿聯酋的希望號已於7月20號率先出發，中國的天問一號、NASA的毅力號和機智號都將如約起航。已經在火星耕耘良久的6+2天地組合又將迎來新的伙伴加入。

2020火星賽季的選手們。來源：CNSA、ESA、NASA、MBRSC

在火星“尋水”的征途已經找到了答案之後，人類似乎又重燃了四十多年前年前對兩艘海盜號的期盼：火星曾經有過生命嗎？火星現在還有生命麼？

甚至更遠的，人類何時能採集火星的樣品送回地球研究？何時能在火星建立或短期或長久的火星基地？

SpaceX火星基地假想圖。來源：SpaceX

或許這一天已經不遠了。

在這條人類前往火星的路上，有過急功近利，有過穩紮穩打，有過高歌猛進，有過黯然離場，有過意料之外的驚喜，也有過幻想破滅的失落…從1960年到2020年，六十年，對一個人類的壽命來說已經足夠漫長，但在歷史長河中又是如此短暫，不過彈指一揮。

或許千百年後，我們的後代回憶起這段“刀耕火種”的蠻荒探索史時，會有如看著原始人奮力劃著木桶想要橫渡大西洋，但這份“無知無畏”，卻正如火星任務的名字們：勇氣、機遇、好奇、洞察、毅力、機智那樣，印證著人類這個種族向著星辰大海進發時留下的奮進和不屈的足跡。

雄心勃勃、迎難而上、堅韌執著、不懼失敗、永遠探索。

這，就是地球人。

來源：電影《流浪地球》