火星是地球的邻居 ， 但是它只能得到地球一半左右的太阳能 ， 并且个头小 ， 引力小 。 火星探测的难度远比月球探测要高 ， 不仅由于距离太远 ， 还因为时延比较长 ， 火星的表面气候变化剧烈 ， 经常发生沙尘暴 。 火星探测的首要科学问题是火星生命的探寻 ， 其次是火星本身的磁层、磁场、大气、地质构造等 ， 科学家们也希望将太阳系中的另一个天体改造为第二个地球 。 为什么要探测火星？难在哪里？火星上真的有生命存在吗？
出品：格致论道讲坛
以下内容为中国科学院院士、地球化学与天体化学家欧阳自远演讲实录：
今天我跟大家分享的题目是《天问一号 ， 中国首次自主火星探测》 ， 分享的内容包含下面五个方面 ， 也要向大家介绍一下我国发射的火星探测器 。
火星蒙受的不白之冤
自古以来人们对火星就没有什么好印象 ， 几乎每个民族都在咒骂火星 。 它在历史上没有好名声 ， 一直被认为是一个不吉祥的星 。 因为火星是红颜色的 ， 代表了血腥、战争、死亡和瘟疫 。
但它真的蒙受了不白之冤 。
根据离太阳的远近 ， 火星在太阳系八大行星中排列第四 。 离太阳最近的是水星 ， 然后是金星、地球、火星 ， 往后才是木星、土星、天王星、海王星 ， 所以火星是地球的邻居 ， 比我们离太阳稍微远一点 。
古代人觉得火星在天上忽隐忽现的 ， 就给它取了个名字叫“荧惑” ， 就是描述它像萤火虫一样 ， 有时候看得清 ， 有时候看不清 。
古人非常迷信 ， 假如荧惑守心的话 ， 一定预示着这个朝代的皇帝要死 ， 而且会发生战乱 。
荧惑守心指荧惑在心宿发生运行方向的改变 ， 其运作方向或由顺行转为逆行 ， 或由顺行转为逆行 ， 并且停留在心宿一段时间的现象
公元前210年 ， 正好荧惑守心 ， 那是历史上最不吉利的一段时期 ， 刚好那一天秦始皇驾崩 ， 据说天上还掉下一块陨石 ， 上面刻着几个字“始皇帝死” ， 而且预示着地要被分掉 。
天文学家们给了它一个标志 ， 这个标志就像发射出来的箭一样 ， 代表着战争 。
古罗马称火星为“玛尔斯（Mars）” ， 寓意喜欢打仗 ， 喜欢屠杀的战争之神 。
古希腊的人们把火星称为“阿瑞斯（Ares）” 。 阿瑞斯（Ares）是战争之神 ， 他很勇猛 ， 但很好战 ， 喜欢屠杀 。
在北欧 ， 人们也叫它“战争之神” ， 甚至在古印度也是这样称呼 。
总之古代几乎每个民族都认为火星是一颗恶星 ， 它是人类灾祸的化身 ， 所以火星一直蒙受这种不白之冤 。
但现在我们应该为火星解除它的不白之冤了 。
为什么人们对火星会有这么坏的一个印象？因为你看到火星的时候 ， 它是红色的 。
为什么火星会有红颜色？因为火星的表土里有一种矿物叫赤铁矿 ， 赤铁矿是红颜色的 ， 是古代作画时画红色的颜料 。
赤铁矿弥散在整个火星的土壤当中 ， 火星又经常发生沙尘暴、全球性的风暴 ， 结果卷起了这些红色的赤铁矿夹杂在当中 ， 所以显得红 ， 跟血腥一样 ， 导致人们对火星没有好印象 。
其实真冤枉 ， 火星是一个非常善良的、很好的天体 ， 所以我们应该洗刷它的不白之冤 。
火星 ， 地球的好姐妹
火星在八大行星当中排第四 ， 是地球的近邻 ， 也是地球的好姐妹 。 火星跟别的七大行星几乎在一个平面上 ， 大家各自按照各自的轨道 ， 都围绕着太阳做逆时针方向的运行 。
火星在第四个跑道转圈 ， 地球在第三个跑道转圈 ， 很有规律 ， 很守秩序 ， 而且一直是这样运行的 ， 所以火星是地球非常好的一个姐妹 。
火星其实跟地球挺像的 ， 它绕着太阳转一圈 ， 因为火星转的圈大 ， 要678天 。 地球转一圈365天 ， 是我们的一年 。
另外 ， 火星大约只能得到地球一半左右的太阳能 ， 因为隔得比较远 ， 所以太阳对火星就显得没那么热了 。
火星个儿也比较小 ， 大概只有地球的二分之一左右 ， 所以火星的引力也比较小 。
但是火星跟地球有一点特别像 ， 它跟地球一样也是歪着自转的 。
本来八大行星都是直起来 ， 很有规律地绕着太阳逆时针方向公转 ， 但是地球被一个小天体撞上了 ， 最后产生了月亮 ， 地球也留下了一个“残疾” ， 被撞歪了二十三度半 ， 所以现在地球是歪着自己转 ， 而且同时这么歪着绕太阳转 。
这反而成全了地球一件事 ， 本来直着自己绕着太阳转的话 ， 地球表面的任何一点 ， 一年下来没有季节变化 ， 跟太阳的距离和太阳照射的角度永远没有变化 。
现在歪着绕太阳转 ， 转到这边 ， 北半球靠近太阳 ， 我们中国就是在北半球 ， 那就是我们的夏天到了；再转另一边的时候 ， 北半球远离太阳 ， 我们的冬天就到了 。 所以 ， 地球就出现了春夏秋冬四季的变化 。
火星也挨过一次撞 ， 所以它也被撞歪了 ， 结果歪得跟地球一样 ， 也有了春夏秋冬的变化 。
地球的卫星——月亮 ， 是地球主要的东西被撞了之后散落在地球的周围 ， 最后慢慢汇集起来的 。 我们通过基因检测 ， 证明月亮是地球的“女儿” 。
火星这两个卫星可不是它亲生的 ， 是一个小天体运行到它附近的时候被火星抓过来 ， 便成了自己家族的一个成员 ， 所以火星有两个“养子” ， 但它们跟火星是不一样的 。
火星探测 ， 难在哪里？
我紧接着要介绍的是探测火星 。
人类已经进行了47次火星探测 ， 但是这要比月球探测困难多了 ， 它究竟难在什么地方？
这张图展示的是太阳、地球、火星 ， 它们在一条直线上 ， 这就是所谓的火星大冲 ， 是火星离地球最近的一个距离 。
网上有一个错误的信息 ， 说从地球上发射探测器去火星 ， 一定要在火星大冲的时候发射 。 这个时候地球离火星最近 ， 才5000多万公里 ， 等于是两个物体之间最短的直线距离 ， 这时候发射探测器很快就可以到火星 ， 其实这是错误的想法 。
假如这个时候发射的话我们永远到不了火星 ， 科学家们经过精确计算 ， 要去火星不是想去就可以去的 ， 26个月有一次机会 ， 假如掌控不好这个时间就去不了火星 。
当火星在我们前面老远的地方 ， 从地球上发射一个探测器 ， 大约要飞7个月左右 ， 飞好几亿公里到达火星的轨道 ， 火星刚好在这个时候通过它自己的轨道 ， 也到达了这一点 ， 这时探测器就可以飞到或降落在火星上 。 这才是去火星最短的距离 ， 绝对不是大冲的时候发射 ， 这完全是一种误解 。
另外 ， 地球在里面转圈 ， 火星在外面转圈 ， 所以一般来说要26个月才能有一次发射窗口 。
我们跟火星的距离太远了 ， 有时候地球在太阳这边 ， 火星在太阳那边 ， 我们要发一个信号给火星 ， 它以光速运行 ， 往往都要23分钟左右 。
所以我要是给探测器指令的话 ， 必须提前二十多分钟 ， 一般来说至少得提前一刻钟发给它 ， 一刻钟以后收到了 ， 它才会执行命令 。
所以火星探测的难点 ， 一个是太远了 ， 另一个是时延比较长 ， 会有很多困难 。
第三 ， 火星表面气候变化剧烈 ， 经常发生沙尘暴 ， 一弥漫起来 ， 根本看不清火星的表面 ， 这也给着陆器的着陆等造成了很多困难 。
所以人类探测火星 ， 统计下来已经进行过47次 ， 但是失败的次数很多 ， 一直到今天累计下来这47次成功了24次 ， 刚好一半 。
所以 ， 要去火星 ， 一般情况下有一半是要失败的 ， 比去月球艰难多了 。
火星上真的有生命存在吗？
我们到火星到底去干什么？
因为火星是最像地球的 ， 而且自古以来就有很多传说 。 尤其是天文学家在火星上看到有很多一条一条的直线 ， 认为那是运河 。
有运河就一定有农业 ， 有农业就一定有耕作的农民 ， 天文学家认为那一定是火星人在种庄稼所以挖了很多水渠 。
也有很多传说关于火星是不是有火星人 ， 《火星人大战地球人》 ， 《马丁叔叔》……有很多大片描写火星人 ， 也有很多科普书去讲火星人 ， 科学家也觉得火星是最像地球的一个行星 ， 上面说不定还真的会有生命 。
所以 ， 探测火星的第一个目的 ， 自古以来都是为了探寻火星上有没有生命 。 它是什么形态的生命 ， 它是怎么活动的？这是所有科学家们都非常感兴趣的问题 。 难道我们的太阳系 ， 我们的宇宙 ， 就只有地球有生命吗？其他星球根本一点儿可能性都没有吗？
火星是最有可能有生命的 ， 所以大家集中目标去探测火星 。
火星探测的第一个科学问题就是火星生命的探寻 。
第二才是火星本身的磁层、磁场、大气、它的表面、它的地质构造等等 。
第三 ， 我们的地球受到了很多自然界的潜在威胁 。 比如说 ， 6500万年以前 ， 一个小天体撞了地球 ， 导致地球70%的物种灭绝——恐龙灭绝 ， 除此之外 ， 地球上还有一百多万个物种被灭绝 。
另外 ， 地球还不时地发生大面积的火山喷发、巨大的海啸、强烈的地震 。 总之 ， 我们的地球有很多的不安宁 ， 再加上人类的很多错误行为 ， 导致地球也许不适宜我们生存了 。
所以科学家们想 ， 能不能在太阳系里面找到另外一个天体 ， 慢慢地把它改造成第二个地球？或者至少有两个姐妹一样的天体 ， 最后地球和火星将成为人类命运共同体的栖息地 ， 这不更好吗？
所以 ， 火星探测现在是航天的一个重点 ， 火星是人们最愿意探测的 ， 因为它毕竟是在太阳系里离我们还算比较近的 。
火星生命的探测经历了大概半个世纪 ， 这半个世纪以来 ， 科学家们首先是想直接探测到底有什么生命在活动 。
上世纪70年代、80年代 ， 主要发射探测器和着陆器探测 ， 最后科学家们大失所望 ， 火星表面没有任何生命活动的迹象 。
后来说有水就有生命 ， 而且发现火星地下有很多水 。 它表面也有很多河流湖泊 ， 甚至出现过海洋 ， 只不过现在已经干枯了 。
火星曾经有过水体 ， 生命跟水是在一起的 ， 所以就跟踪水来探测生命 ， 不过探测到今天也没个结果 。 大家期望能够找到哪怕是最低等的生命 ， 哪怕是细菌也是值得珍惜的 。
后来火星的探测拍到了很多照片 。 这是火星的河道 ， 现在已经干枯了 ， 这些河道都可以看出支流和主流 。
另外 ， 火星的北半球曾经是一个巨大的海洋 ， 现在只剩下一个海底的海盆地了 。
我们也积累了火星很多年的照片 。 这是同一个地方 ， 先拍的那张很清楚 ， 是一个陡坡 ， 第二张照片里面显示出这陡坡突然塌方了 ， 紧接着里面涌出水来 ， 证明火星的水是在地下 。
因此 ， 后来提出一个说法 ， 说火星的水都转入了地下 ， 所以我们要找生命可能要到地下去找 ， 因此探测器又去探测地下水的分布 。
中国的“天问一号”有一台仪器 ， 可以探测整个火星地下水的分布 。 例如它的河道一共有多少水等等 ， 这些我们都要进行探测 。
几十年来 ， 科学家们研究火星 ， 证明这里曾经有过很深的水覆盖了火星 ， 平均大概有100米深的水 ， 而这些水现在一滴都没有了 。
火星离太阳比较远 ， 当然比较冷 ， 所以看不到液态水 ， 最多看到有一点冰 ， 而且年平均温度很低 ， 零下60度 ， 而只有夏天的几天 ， 赤道的温度可以高于0度 ， 达到十几度 ， 所以大概也有很深的水 ， 而现在的水都不在表面 。
另外 ， 南北极的两块地方曾经都发育过海洋 ， 所以大家觉得跟着水探测生命也没有希望了 。
后来又有一个新发现 ， 发现火星的大气是以二氧化碳为主的 ， 95%是二氧化碳 ， 之后发现也有少量的氧气 ， 少量的水蒸气 ， 此后还发现火星的大气里有甲烷气体 。
【火星探测|天问一号成功着陆火星，将完成6个科学目标】
甲烷就是我们的煤气 ， 就是天然气 。 天然气一般都是生命活动产生的 ， 人类也会排出甲烷 ， 稻田也会排出甲烷 ， 那能不能跟踪甲烷去探测生命？
这是火星的水蒸气分布以及甲烷的分布 。 甲烷的分布只有十亿分之几 ， 很少很少 ， 科学家们还要抓住这一点一直探测 。
后来探测下来也没有一个结果 ， 不能说明我们发现了生命的征兆 。
下图是甲烷的探测 。
特别是“好奇”号火星车 ， 它装备了非常先进的仪器 ， 专门去探测火星上的有机化合物 ， 最后也没有得出很好的结果 。
后来又想了一个办法 ， 能不能去研究火星掉下来的石头——火星陨石 ， 能不能结合甲烷看看有没有什么发现？
因为甲烷在自然界可以没有生命而产生 ， 可以是自然合成的 ， 也可以在高温下合成 ， 当然也有生物体排泄出来的甲烷 。
在仪器上完全可以把最后形成的甲烷区分开来 ， 但是现在没有办法去做 。
人类一共得到了大概四五十块从火星掉到地球上来的石头 ， 所以我们准备下一步用电子显微镜观测陨石的内部 。
1984年 ， 在南极找到一块陨石 ， 在里面发现有很多小虫子 ， 这是不是细菌？
美国人说这是细菌 ， 欧洲的科学家说是污染 ， 吵到今天也还是没个结果 。
下图是这些细菌的横截面 。
此外 ， 在火星陨石里还发现了很多奇怪形状的东西 。 比如说图中像油炸面包圈一样的东西是不是也是细菌？我们也没有答案 。
另外 ， 中国在南极找到了12400多块天上掉下来的石头 。
其中这两块是火星掉下来的 ， 中国的科学家也去研究这里面有没有生命的信息 ， 最后也证明没有 。
但是中国科学家另外做了一件事 。 2011年在摩洛哥沙漠里掉了一块陨石 ， 中国科学家把它买回来观察了里面的碳颗粒 。
这都是纳米级、微米级的碳颗粒 ， 在电子显微镜下研究 ， 然后分析碳的同位素组成 。
最后得出一个惊天动地的结论：这些碳是火星的生命产生的碳 。
比如说 ， 拿一块煤给我 ， 我就可以研究出这块煤里面的碳过去是植物；拿一滴石油给我 ， 我就可以研究出这滴石油里面的碳曾经是一些微体的动物 。 这些我们都可以做到 。
最后结论出来 ， 发现这是由火星生命形成的碳 ， 但是很遗憾 ， 美国封锁了我们 ， 不让我们在美国最高级的杂志上发表 。 为什么？
美国的“好奇”号也在做这件事情 ， 他绝对不希望中国人先发现 。 最后中国没有办法 ， 就在欧洲的一个杂志上发表 。
这是杂志的封面 ， 登出了这块陨石 ， 而且登出了全部的结果 ， 时间是2014年12月2日 。
而“好奇”号也在2014年12月16日发现同样的结果 。 他们在火星上研究的碳颗粒也被证明是来自生命的 。
他们立即召开了一个全世界的采访人员招待会 ， 宣布火星可能曾经存在过生命 ， 跟中国的结论一样 。 但他们很遗憾 ， 中国发表的时间是2014年12月2日 ， 他们是2014年12月16日 ， 比中国晚了半个月 。
火星的生命探测就是这样一直吸引着全世界科学家的目光 。
中国首次自主火星探测——“天问一号”
中国将会在7月发射“天问一号”火星探测器 。 我国曾经做过一次火星探测 ， 当时是在2011年向全世界公布了中国首个火星探测器发射升空 ， 探测器名称为“萤火一号” 。
因为中国的探测器搭载在俄罗斯的飞船里 ， 是俄罗斯把我们的探测器送到火星 ， 然后我们自己再出来探测的 。 结果没有想到俄罗斯的探测器在飞离地球的第二天 ， 由于轨道调整失败 ， 最后向地球的大气层坠落 ， 被烧光了 。
这是中国第一次火星探测 ， 失败了 ， 但是我觉得没关系 ， 我们应该吸取教训 ， 应该更努力地去做好 ， 所以我建议将这次火星探测称为中国首次自主火星探测 。
我们这一次去火星探测的主要任务是发射一个火星的卫星 ， 让卫星绕着火星飞；同时 ， 也有一个着陆器会落在火星上 ， 一辆火星车会走下来 ， 一边走一边探测火星 。
我们着陆的位置已经选好了 ， 在火星北边高纬度的地方 ， 曾经是火星海洋的位置 。
因为当地比较平缓 ， 所以我们选择了两个位置 。 我们的着陆器、火星车将着陆在那两个位置上 。
这就是着陆器 ， 火星车在上面 ， 它会走下着陆器迈步到火星表面 ， 一边走一边探测 。
我们的探测大概有六个科学目标 。
第一 ， 火星的卫星上放了七台仪器 ， 主要探测整个火星的地形地貌、岩石分布、气候变化 。 总之这是全球性的探测 。
此外 ， 我们的火星车上放了六台科学仪器 ， 要探测火星地下的土壤分布、土壤的成分、底下是不是有地下水的分布 。
我们的卫星在天上探测 ， 而火星车在地上也探测地下水的分布 ， 联合起来探测 。
火星车上还有一台气象站 ， 探测记录火星的气候变化 。
全面探测火星一共有13台仪器 ， 它们承担着不同的任务 。
这次是中国首次自主的火星探测 ， 再过几年 ， 至少在2030年以前 ， 中国要着陆在火星上 ， 要在火星上采样返回 。
现在人类还没有得到任何一块自己从火星采回来的样品 。
火星上掉下来的石头 ， 我可以研究出是什么石头 ， 有什么样的特点 ， 它也许能解答火星的某些科学问题 ， 但是我不知道它是从火星什么地方掉下来的 ， 所以用处还不是太大 。
我们也有一个详细的计划 ， 中国还要去探测小行星带 ， 从小行星取样返回 。
我们还要去探测太阳系最大的那个行星——木星 。 木星有69个卫星 ， 它的卫星是连轴转的 ， 我们要探测它一系列的卫星 ， 还要继续对行星际的穿越探测 。
所以在我们首次自主火星探测以后 ， 所有的这些探测计划都要逐步实现 。
中国有能力飞得更远 ， 我们也应该飞得更远 。 我们要探测整个太阳系 ， 我们要向太阳系的星辰大海挺进 ， 这就是我们的目标 。
所以我真诚地希望年轻的朋友们 ， 希望你们真正地热爱科学 ， 了解科学 ， 学习科学 ， 弘扬科学精神 ， 很好地培养自己的科学思维 ， 将来担当起这种重任 ， 为实现伟大的社会主义强国而奋斗 。
青年朋友们 ， 青少年们 ， 祝福你们以后勇于担当 ， 完成我们建设“两个一百年”的梦想 ， 实现我们伟大的强国之梦 。
你们一定会实现的！
“格致论道” ， 原称“SELF格致论道” ， 是中国科学院全力推出的科学文化讲坛 ， 由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办 ， 中国科普博览承办 。 致力于非凡思想的跨界传播 ， 旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展 。 获取更多信息 。 本文出品自“格致论道讲坛”公众号（SELFtalks） ， 转载请注明公众号出处 ， 未经授权不得转载 。
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