漫漫征途：从月球到火星
以下是墨子沙龙“火星，中国来了”活动（2020年11月18日）的报告视频和文字整理。
地球是我们唯一的家园，也是整个宇宙中唯一确证有生命的星球。这颗蔚蓝色的星球，蓝天、白云、绿树、红花，生机勃勃，承载了人类一切的的悲欢离合和希望。
我本科学的专业叫“环境保护”，环境保护里最重要的一句口号，就叫“只有一个地球”。我们只有一个地球，所以我们要保护好这颗星球。如果说真的有哪一天地球被破坏了，我们还有没有其他地方可去？那么我们先来看一下我们的太阳系。
太阳系有八大行星，我们的地球是第三颗行星，在这第三颗行星上诞生了生命。地球所处在的一定宽度内，被称为太阳系的宜居带，也就是离太阳不远不近的地方。这里的温度正好允许水有三态——固态、液态和气态，而这样的情况下才有可能有生命。
第二颗行星金星，西方叫作Venus，即美神和爱神。但实际上这是一颗狂暴的行星，是一个地狱般的行星。它上面的温度是460摄氏度，大气压是地球上的90倍。我们的航天器登陆金星大概只能活三分钟，很快就没了。而且金星上面遍地是火山喷发，岩浆流动，下的都是浓硫酸的雨——这是一个不可能适宜生命生存的星球。刚刚前不久说金星上可能有生命，但是大家应该仔细看看那篇论文，那篇论文上说的是金星上空五六十公里的高度上可能有生命。因为只有五六十公里高度的温度才足够适宜，才有可能有生命，而且基本上也不大可能。结果过了没多久那篇文章又承认可能有问题，不一定是跟生命信号有关系，有可能是数据处理的问题。
那么我们只好从地球向外找，先去月球，然后去火星，沿途来看一看。
首先来看一下我们生活的地球。
地球和火星的大小对比
这是地球和火星的真实大小对比。火星的直径是地球的一半，月亮的直径是火星的一半。火星的引力是地球上的1/3，月亮上的引力是地球上的1/6。所以在火星上还能够勉强的像在地球上一样走路；如果再轻一点，引力小一点，我们已经没法走路了，可能要蹦蹦跳跳一样的走了。但相比于太阳，地球的大小只有它的130万分之一，我们太阳系的整体质量中，太阳的质量就占了99.86%，其他的行星和小行星都是微不足道的。
暗淡蓝点
这张图上的白圈里面有一个小点，就是我们的地球。这曾经是航天史上影响最大的一张照片，叫“暗淡蓝点”。1990年的时候，“旅行者号”离开地球已经13年了，当时很多人担心它有一天会跟我们地球失去联系，希望它能够在终断跟我们之间的联系之前，回望一下地球，给我们的地球和太阳系拍一张照片。结果那张照片里面只能看到一个很大的太阳，但是我们相信在它的周围一定有地球，所以终于在它的旁边找到了，原来它是如此的渺小，甚至在这里面你都看不到月亮在哪里。这张深具哲学意味的照片，让我们狂妄的人类现出了原形，原来我们是如此的渺小，悬浮在阳光中的一个尘埃一般的星球。卡尔·萨根为此写了一本书，叫《暗淡蓝点》；还有一个同名的纪录片，都是深具哲学意味。
月亮上的月海
月亮是地球的天然卫星，是离地球最近的天体，也是人类从地球出发走向深空的一个前哨站和中转站。月亮上有一些黑色的地方，叫“月海”，比方说大家常说的“玉兔”其实就是一片兔子形状的月海。1609年，伽利略用望远镜看月球时，以为这些黑色的地方都是海洋，所以把它们称作“月海”。实际上月海里面都是岩浆冷却之后形成的黑色的熔岩平原，并没有水。
“嫦娥三号”实现月面软着陆
2013年，中国的“嫦娥三号”着陆在月球上“虹湾”的东面、“雨海”的西北角。2019年，“嫦娥四号”登陆在了月球背面，它刻下的这一道轮痕是人类历史上第一次在月球背面的痕迹。2020年， “嫦娥五号”从月球取样返回。中国的探月工程队伍经过十几年的努力，在我们强大的综合国力的支撑下，实现了绕、落、回三步走的任务，我们有理由为此感到自豪。
接下来来看看我们今天的主角，就是火星。
从2020年中国发射“天问一号”火星探测器以来，很多人都对火星很关注。我们觉得火星变火了，但实际上火星不是现在才开始火的，它一直都很火。自人类社会产生以来，因为颜色与众不同，人很容易就会注意到火星，并对它产生好奇。所以，火星并不是现在才火起来的，而是一直都很火。在罗马神话中，火星象征着战神——马尔斯，如今火星的英文名称Mars就源于他。在北欧神话中，火星代表了战神提尔（Týr），每周“星期二”（Tuesday）的名称就来自于他。而在希腊神话中，它是以残暴、血腥著称的战神阿瑞斯（Ares），奥林匹斯十二主神之一。星期二也是拜占庭帝国的君士坦丁堡失守的日子，希腊人把它视为一周中最不吉利的日子。
在中日韩等东亚地区，金、木、水、火、土这五颗夜空中肉眼可见的行星，加上白天和黑夜最亮的星球——太阳和月亮，合称“七曜”。一星期以“七曜”分别命名，星期二叫火曜日，日本至今仍在沿用。星期天，太阳日，就是Sunday；星期一，月亮日，就是Monday。
航天时代以前，我们主要借助于望远镜来对火星进行观测，虽然望远镜的分辨率不高，但也获得了很多新的发现，甚至在这中间还闹出了很多小的桥段。我们原来以为火星上有人、有生命、有运河、有农业，后来我们认识到其实这些都不存在。但是我们又重新认识火星，发现火星上可能会适宜生命的存在，我们有可能会移民到火星上。
地球绕太阳一圈需要365天，火星绕一圈大概需要687天。地球上能够形成四季，是因为地球的自转轴是倾斜的，这个倾斜是23.5度，而火星的自转轴的倾斜是25.2度，两者非常接近，所以地球上有一年四季，火星上也有一年四季。
1877年绘制的火星地图
1877年出现了一个机会，叫“火星大冲”，也就是太阳、地球、火星在一条直线上，那时候从地球上观测火星特别清楚。当时画出来的火星地图上有一些很明显的直线条，引起了全世界的轰动。
当时人们认为这些直线条一定是人工挖掘形成的，把它们叫做“火星运河”。有一个房地产富商叫罗威尔，连房子都不盖了，就专心研究天文学。他自己投资建了一个罗威尔天文台，购置了当时最好的天文望远镜，雇佣了天文学家进行观测。他甚至还写了三本书，说火星人在两年间紧急挖了两条运河。因为他在两年前看的时候，那两条运河还没有，过了两年之后，他发现多了两条线，就说火星人一定是遇到了一些难以避免的巨大旱灾，又紧急挖了两条运河，从北极南极引流冰雪融化的雪水，来灌溉赤道地区的农业。如果他们挺不过这次旱灾，他们就将出动大兵来进攻地球。后来发现这几本书的内容都是错的。
接下来我们来看世界各国探测火星的征途。
地球轨道和火星轨道
从地球上出发去火星，就像我们在操场上，从第三条跑道出发去追第四条跑道上的人，所以一定是他跟你之间存在一个角度的时候去追是最省距离的。因此从地球出发去火星，每隔26个月才有一次机会。当航天器从地球出发的时候，火星在地球的正前方44度。这个时候从地球上发射，七个月之后，航天器才会抵达火星。这时候火星已经被地球甩在后面了，因为火星比地球要走得更慢。上图中间那条绿色的轨道就是航天器出发从地球去火星的轨道。这条轨道是德国的物理学家霍曼在100多年前发现的，被称为霍曼转移轨道。
1964年，“水手四号”拍摄的火星表面照片
从1960年起，人类就开始了探测火星的征途，但最初都以失败告终。直到1964年，“水手四号”才成功飞越火星，传回了一张模糊的火星表面的照片。1976年，“海盗一号”和“海盗二号”两个双胞胎探测器第一次在火星着陆，带来了更加清晰的照片。
1976年，“海盗一号”拍摄的火星表面照片
我们对于火星的探测已经有40多次任务，这些探测任务总共分为三类：环绕火星进行运转的轨道器（Orbiter），还有着陆器（Lander）和火星车（Rover）。三类探测器从火星的上空到火星着陆，再到火星上进行巡视探测，使我们对火星的认识程度越来越深刻。到现在为止，已经有四辆火星车登陆了火星，目前在火星上还有一辆火星车正在工作，这辆火星车的名字叫Curiosity，即“好奇号”。
各种类型的火星探测器
地球与火星的地形比较
如今，随着一次次探测任务的完成，人类对火星有了更多科学的认识，也慢慢揭开了火星神秘的面纱。
和地球上一样，火星表面也存在大洲和大洋，只不过火星的大洋现在是没水的。但在过去环境适宜的时候，火星上的大洋曾经有水。火星上最高的山是奥林匹斯山，高度有22000米，相当于珠穆朗玛峰的3倍。
奥林匹斯山（火星）与珠穆朗玛峰（地球）的比较
历史上的火星曾经温暖而湿润。“好奇号”拍摄的这张图片，实际上曾经是一个湖泊。这个湖泊已经干掉了，留下了湖底的沉积物。可以看到湖岸上有一条被河流冲刷的痕迹。
“好奇号”拍摄的火星湖泊（箭头处是河流冲刷的痕迹）
“凤凰号”着陆腿上的露珠
即使现在，火星上也有水存在。“凤凰号”探测器着陆腿上凝结的露珠，说明火星的大气中有水存在。火星的大气中还存在甲烷，但这些甲烷是否是由生物形成的，目前还不得而知。
“隅隈多有，谁知其数？天何所沓？十二焉分？”2300年前，著名的爱国诗人屈原在《天问》中用388句诗提出了177地球、对宇宙、对人类社会的各种问题，代表了我们中国的古人对未知世界孜孜不倦的探索与追求。2300年后的2020年，中国的行星探测计划被命名为“天问”系列。“天问”计划不仅要探测火星，它是对整个太阳系的行星和小行星的探测计划。
2020年的7月23日12时41分，“长征五号”在海南文昌航天发射中心，带着蓝色的火焰冉冉升空，将“天问一号”送往火星。“天问一号”总共要飞行四亿多公里，将在2021年的2月份抵达火星之后并被其引力捕获。
“天问一号”由多个部分组成，包括可同时进行遥感探测和通信中继的轨道器，以及能够计划在2021年5月份实现软着陆的着陆器和置于其中的火星车。从着陆器进入火星大气到着陆只有短短七分钟，但是火星上的信号传回地球，视火星到地球的距离不同，需要十几到二十分钟。因此这个过程无法通过地球上的人进行实时干预，只能靠航天器的自我操作。正是因为这个极其艰巨的挑战，目前世界上仅有美国成功实现过火星软着陆，其他国家的着陆器在着陆过程中都坠毁了。如果“天问一号”任务成功，我国将成为世界上第二个成功登陆火星的国家。
“天问一号”的火星车和着陆器
现在的火星还是一个荒漠行星。未来20年人类将首次登陆火星，未来50年我们可能在火星上有一个小镇，未来100年，我们在火星上可能会有一个百万人口的城市，未来1000年，我们就有可能把火星改造成一个像地球一样的行星。这些以前听来是科幻的事情，如今离现实已经越来越近了。到那时，人类的摇篮地球也将成为人类的故乡，地球的卫星月球，将成为永不坠落的天然空间站。最像地球的行星——火星，则会成为太阳系文明的重要分支。
郑永春：中国科学院国家天文台研究员，行星科学专家，科普作家，中国科协月球与深空探测领域全国首席科学传播专家。曾获得“全国十大科学传播人物”、中国科技新闻学会科技传播奖等。2016年获美国天文学会“卡尔·萨根奖”，成为获得该奖的第一位中国科学家。
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