vlbi 成功着陆！关于火星探测的所有问号，这篇文章都给你拉直
出品：科普中国
制作：中国科学院上海天文台（SHAO）天之文科传团队（吴徳 左文文 狄逸焕）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
2021年5月15日，在经历了296天的太空之旅后，天问一号成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部。
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图片来源：中国航天
对于火星探测，你是不是还有很多问号？
从历史到现实，从技术难点到解决方案，在这篇文章里，我们将向你详细述说人类探索火星的故事。
一、历史篇
1. 为什么要探测火星
仰望苍穹，漫漫宇宙中，我们是否孤独？是否在另一个星球上，也存在着和我们相似的生物和文明？
众多星球中，火星是备受关注的一颗。它是太阳系中从内往外第四颗行星，地球的邻居，与地球非常相似，直径约为地球的一半，质量约为地球的11%，火星日的长度与地球相当，而火星年的长度约为地球年的2倍。不少专家认为，火星曾经可能具有和地球相似的环境。因此开展火星探测和研究，不仅有助于探究火星，也有助于借此探究地球的过去和未来，为人类寻找可能的未来家园。
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太阳系（图片来源：veer图库）
2. 人类对火星的认识
火星，看起来偏红，荧光像火；它看起来的亮度经常发生变化；而且火星在天空中运动时，甚至会逆行，令人难以捉摸，古书上称之为“荧惑星”。
望远镜发明后，第一个使用望远镜观测星空的伽利略看到了火星，像一个小红点。随着望远镜的发展，人们可以分辨火星的一些细节特征。1877年，意大利天文学家斯基亚帕雷利发现火星地表从暗区延伸出许多线条，他称之为“水道”，后来被翻译成英文中的“运河”。1894年，一位富有的波士顿商人洛厄尔对“火星运河”很痴迷，他使用60厘米口径的望远镜探索火星，认为自己在火星上也看到了运河，并深信不疑。1908年，他出版了一本书《生命的栖居地——火星》。他在书中提出，在遥远的过去，火星上曾出现智慧生命，由此创建了一个科幻小说写作的新流派。
1938年的万圣节，一位美国喜剧演员奥尔森?威尔斯利用电台，将科幻小说中的一些情节，以紧急通告的方式发布——火星人已经攻击美国，在新泽西就有目击者。这可吓坏了几百万的美国人。
直到20世纪50年代，人们对火星人的恐惧才得以消停。人们对火星有了更多的科学认识，这些认识表明火星不可能存在地球生命，因为那里太冷太干燥。但是，火星和地球之间的相似之处如此有趣，很难排除火星上有其它形式生命存在的可能性。
那时，科学家和工程师们想要知道火星上是否有生命或者人类是否可以抵达火星，但技术上存在障碍。1957年，苏联发射成功首颗人造卫星，震惊了全世界，打开了太空探索的前沿。
借由火星探测器，我们知道了，火星上拥有太阳系最大最长的峡谷之一——水手峡谷，横跨大半个火星，长约4000千米，深达7千米。火星拥有太阳系最高的山峰——奥林帕斯火山，高度超过2万米，是地球上最高山峰珠穆朗玛峰的海拔高度的3倍多；我们对火星地表成分也有更多了解，找到了火星上水的痕迹。
二、技术篇：如何去往火星？
如何去往火星呢？先让我们回顾下如何离开地球。这件事就要从1665年的伦敦大瘟疫说起了：那时剑桥三一学院的牛顿在乡下自我隔离。传说中有一天牛顿在苹果树下思考时被一颗苹果砸中了脑袋，接着联想到月亮从没掉下来过，由此发现了万有引力定律。笔者一直很好奇这个传言的细节，而且高度怀疑牛顿被砸的那一刻可能只想着要把苹果有多远扔多远，有图为证！
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牛顿大炮（图片来源：《自然哲学中的数学原理》）
我们都知道扔苹果的时候，用力越大，出手速度越快，苹果就扔得越远，但它早晚会掉到地上。那我们扔得再用力点，速度再快点呢？显然，它可以被扔得很远。理想假设下，只要出发速度够快，从北极扔到南极也未必不可能！如果我们再用力点呢？苹果就可以飞跃南极，甚至回到北极，回到我们出手的那个位置，接着再来“亿”遍。于是我们知道了，当苹果被扔出的速度超过某个速度时，它不再掉回地球，而环绕地球作圆周运动。这个速度被科学家们称之为“第一宇宙速度”（环绕速度），在地球上是7.9 千米/秒。月球绕着地球做高速圆周运动，这正是月亮不会掉下来的主要原因。
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