7月23日12時41分,“天問一號”探測器在中國文昌航天發射場由長征五號遙四運載火箭發射升空, 隨後把“天問一號”探測器順利送入地火轉移軌道，標誌著中國首次火星探測任務(天問一號任務)正式實施。
據報道，這次任務將邁出我國行星探測第一步，探測的目的是一次實現繞著巡3個目標：即對整個火星全球觀測，成功著陸火星，以及火星車進行巡視勘測。整個飛行過程將經歷6個飛行階段：發射段、地火轉移段、火星捕獲段、火星停泊段、離軌著陸段和科學探測段，其中，“天問一號”將在地火轉移段飛行約7個月。
作為太陽系八大行星之一，一直以來，火星對於我們有著極大的吸引力：火星是太陽系內與地球特點最為接近的行星，它和地球一樣擁有多樣的地形，有高山、平原和峽谷，也是太陽系中唯一還存在有水資源的星球，並且與地球有著相似的自轉週期——這些都讓我們對火星充滿了期待，以至於在眾多科幻作品中，火星都是人類移民太空的首選目的地。
人類使用空間探測器對火星進行探測的歷史可以追溯到上個世紀60年代，到目前為止，全球已有40餘次火星探測活動。受天體運行規律約束,火星探測窗口每隔26個月出現一次，每次只有短短几周，在這期間，太陽、地球和火星成一條直線，地球與火星之間的距離最短，甚至不到5400萬公里（最遠4億公里），今年就恰逢“寶貴”的火星探測發射窗口期。下一個火星發射年則是2022年。自1996年以來，幾乎每個發射窗口都有火星探測器發射。
人們顯然對火星情有獨鍾。特斯拉（Tesla）首席執行官埃隆·馬斯克（Elon Musk）曾表示：“未來幾十年內，我計劃到火星旅遊並定居。”以至於人們將他稱為是“想在火星退休的人”。馬斯克的夢想不止於此，他還對更多的人們發出邀請：“如果你熱衷與眾不同的體驗，我希望有一天也能帶你上火星。”SpaceX的誕生正基於此。
“人類應該去火星旅行，而且在我們有生之年就可以做到。”基於這樣的信念，馬斯克給自己定了一個目標：學習火箭科學知識、走訪世界各地相關領域的專家，並重新思考製造火箭和太空艙的方法。在他看來：“前往火星是一項偉大的成就，但短暫拜訪這顆星球並不足以自豪，不去則已，去就一定要做出一些成就。”他這樣描述著自己的期待：“每次想到去火星，我想到的是建造塞滿太空食品的溫室、鐵礦石精煉廠，還有比薩店。”
這幅示意圖顯示的是和平谷地區2100年左右的模樣，火星車曾經造訪的地方已經開始有人類定居。
“天問一號”的火星之旅顯然還有很長，在此之前，我們也許可以閱讀一些來自其他和火星以及火星探測器有關的故事。在科普作家馬克·考夫曼所著的《國家地理火星零距離：好奇號火星探索全記錄》一書中，記錄了從2011年好奇號探測車升空，到首批實地拍攝的火星影像，再到顯示火星曾有水體存在的最新線索……這些好奇號的探索成果也許可以帶來某種啟發。
對於地球而言，火星到底意味著什麼？地球上的生命有沒有可能來自火星？火星在遙遠的過去發生了什麼，使得原本溫暖潮溼的地方變得又幹又冷？為什麼有那麼多人想要實現人類登陸火星？進行長期的火星與載人航天計劃，真的值得嗎？
以下內容節選自科普作家馬克·考夫曼所著的《國家地理火星零距離》一書，已獲得出版社授權刊發。
作者 | [美]馬克·考夫曼
摘編 | 何安安
《國家地理火星零距離：好奇號火星探索全記錄》，[美]馬克·考夫曼著，姚若潔譯，未讀丨北京聯合出版公司2017年2月版
1
40億年前的火星真的和地球一樣嗎？
不抗拒的話，火星就會勾一勾你。它會像地心引力那樣吸引人的想象力。也像地心引力一樣，質量小時力量也小。但距離越近，引力就越強。
多年來，火星給人的主要印象是乾燥的紅色大地，表面寒冷而充滿輻射，大氣層稀薄得幾乎不存在。我們已經習慣於把火星想成外星球，和地球很不一樣，而且不懷好意，所以憤怒的戰神以火星為名，長著綠色大頭和長腿的火星人會侵略地球。
有那麼多人想要實現人類登陸火星，一直讓我覺得不解。我常常會有一個念頭：為什麼？
但令人驚訝的是，事實與一般對火星的想法正好相反。現在的火星的確是不適合生存的地方，但我們看到的只是時間之流中的一個小點。就像地球，以及我們宇宙中絕大多數的事物一樣，火星經歷過演變。雖然演變的方向和地球不同，但它是經歷過戲劇性的轉變，才變成一個又幹又冷的行星。然而它的早期很可能是潮溼而溫暖的。
也就是說，我們現在幾乎可以肯定：如果在40億年前有一艘飛船著陸在火星上，它的樣貌與運作方式很可能和地球很像—不過當然是指剛要開始孕育最原始生命的地球。我們知道兩顆行星形成的時間差不多，都在45億年前，而且兩者都位於我們太陽系的宜居帶，不太熱也不太冷，有著可以維持液態水存在的溫度。
火星在熱騰騰的狀態下出生，之後漸漸冷卻，並承受長時間的小天體撞擊，之後就像地球一樣逐漸穩定下來。火星表面有流動的河流與靜止的湖泊，大氣層還算厚，周圍也有磁場的保護，而且好奇號科學家得到結論，某些地方完全適於生命的存在。它不算是地球的雙胞胎（因為距離太陽太遠），但至少可以算是地球的表親。所以，要接受火星的全貌，也必須接受“時間”這個因素。
對我來說，這是好奇號任務給我們的禮物。好奇號的發現，為火星在幾十億年間的蛻變做了澄清與記錄，它經歷的改變和地球一樣劇烈，但有非常不同的演化結果。這樣的理解促使我們從天文時間來思考：我們現在看到的一切經過了數十億年的發展，而地球只是宇宙無數行星中的一顆。想想從黃刀灣第一次鑽鑿出的粉狀岩石樣品。它不像今天火星表面展示出的紅色，而是灰綠色或灰藍色。原來這顆紅色星球以前不是紅色的。今天的紅色只是火星演化的一個階段，氧化鐵（鐵鏽）在這個階段佔有優勢。很久以前，火星的顏色並不比地球更紅。
火星既幹又冷，但看起來已經不再那麼荒蕪—好奇號揭露了火星的遙遠過去。這些岩石露頭和地球上的有點類似，這是必須在有水的情況下才能形成的地形，代表火星曾經留得住水。
地球也經歷過類似的巨大變化，只是我們視之為理所當然。以氧為例，我們知道氧對多數生命非常重要，但它其實也是有毒物質。早期和中期的地球沒什麼氧氣，這對當時的生物來說是很好的條件。但海洋中的光合作用細菌產生的氧越來越多，生物開始適應氧的存在後，地球上的生命才出現大爆發。
所以行星就像活的生物，也會演化。它們可能像地球一樣朝向更復雜的方向演化，或者失去複雜度。看起來這正是發生在火星上的情況。從地質或天文時間來看，失去複雜度不見得有多重要。更重要的是過去曾經有比較高的複雜度。在火星上，這代表我們要了解的是早期那段適合生命生存的時期，瞭解那個給當時的“演員”演出的舞臺，無論那些“演員”多麼微小，或者多麼原始。那是個充滿任何可能的世界。
有些人想象未來火星可能地球化：從目前的嚴酷環境變成未來較像地球的模樣，而它以前可能就曾經是那樣。
火星在早期就發生了鉅變，使這些潛在的“演員”幾乎沒有機會演化得比單細胞生物更復雜。但從尋找地外生命的角度而言，這並不十分重要。當然，如果可以在火星上找到較複雜的生物，會非常令人振奮，但生物的複雜程度並不是最主要的突破，畢竟生命是演化來的，而我們對演化已經有相當的瞭解。
而依然成謎的，則是生命的起源，創世紀的那一刻。如果在火星與地球上都有過生命的誕生，那我們對整個宇宙的認知會產生十分重大的改變。還記得那環繞著數千億顆恆星運轉的數千億顆行星嗎？其中許多行星的軌道也位於它們所在的星系的宜居帶，可能有液態水的存在。而有機物和生命所需的化合物也都會不斷從太空中降落在這些行星上。
如果生命在同一個太陽系裡誕生了兩次（地球與火星），而這個太陽系又不是非常特別，那麼在那麼多別的行星上有生命誕生的可能性就大為增加。我們目前還無法拜訪那些遙遠的地方，但我們已經登上火星，也進行了十年的生命搜尋。已有大量線索指出火星上曾經有生命，甚至現在說不定還存在於表面底下，我們的風險不低，但收穫也將會是巨大的。
2
地球上的生命有沒有可能來自火星？
另外一個誘人的可能性是，火星未來會幫助我們解答的，將不只是地球以外的生命問題，而是地球本身的生命如何誕生的問題。
火星上有大片區域被很久以前的火山熔岩覆蓋，不過也有很多地方不曾經歷那樣的改變，比較接近40億年前的樣子。掃去那層紅色的沙塵往下挖，超過宇宙和太陽射線可以達到的深度時，我們得到的火星樣貌，會很接近地球上生命正要開始時的樣子（或許那時火星上也有生命正要開始）。
在地球上，那個時期的地質記錄早就消失了。板塊運動讓表面的地層移動、下拉，抵達地底的火山後再重新噴發。岩石、礦物、有機物或許最後會回到地表，但已經永遠改變。地球在38億到40億年前提供生命誕生的條件永遠無法複製，我們也沒機會真正瞭解。
在火星上幾乎沒有任何類似的板塊運動跡象。岩石會有限度地通過火山“回爐”，但表面不會被拉到地底去進行改造。還有，火星並未像地球一樣被生物改造。生物會與岩石、水、大氣相互作用，使之改變，同時也把38億到40億年前生命誕生時的條件隱藏起來。火星上即使有過生命，也應該是構造簡單的類型，而且種類不可能太多，所以火星從來沒有機會發生像地球一樣的改變。
這種稱為小藍莓的小球，直徑最大 3 釐米，是氧化鐵礦物“赤鐵礦”的成分。這是由機遇號火星車發現的，或許看起來像某種生命形式，但最有可能是由地質營力形塑而成。
因此，在好奇號團隊中有一些科學家，實際的專長是對早期地球的研究，也就不足為奇了，他們也要對行星變化各方面的知識有所瞭解。這個想法或許很奇特，關於火星早期條件的發現，有朝一日可能幫助我們瞭解生命在地球上是如何開始的。然後還有“胚種說”（panspermia）—地球上的生命有沒有可能來自火星。這個假說已經存在了一段時間，但最近得到一些證據支持。提出這項假說的是備受尊崇的史蒂文·本納（Steven Benner），他是研究生命起源的化學家，任職於佛羅里達州的威斯特海默科技研究所（Westheimer Institute of Science and Technology）。他在意大利的地球化學年會上發表了自己的看法。他與其他“合成生命”領域的科學家一直無法從無生命物質中創造出生命。科學家對生命起源的瞭解雖然有所進展，但一直遭遇著巨大的困難。
困難之一和RNA中的核糖（許多科學家已經認為RNA在生命誕生最早的階段扮演中心角色）有關，當科學家試圖在水中構造核糖時，核糖會分解。但水同時也被認為是生命的必要物質。而單鏈RNA被認為是後來形成雙鏈DNA時的必要角色。對本納和這個領域的科學家來說，這是重大的難題。
經過許多年的研究，本納發現有一個化學元素可以讓水中的核糖不被破壞：以某種形式存在的硼。雖然地質學家說在早期地球上沒有那麼多硼可以讓RNA在地球各處形成，但在早期火星的硼含量卻豐富得多。關於火星上硼的存在，有一個證據來自最近的隕石，分析顯示這顆隕石把硼從火星帶到了地球。本納在實驗室中也發現，如果加入鉬元素，因硼而穩定的化合物會重新排列成穩定態的核糖—rRNA。同樣，鉬元素在早期火星比早期地球含量更多。
所以問題來了：是不是火星上的RNA引導出以DNA為基礎的生命？這些生命形式是否又因為小行星撞擊火星，而隨著飛散的岩石抵達地球？“基本上，我們之所以會去火星上探索，因為地球上生命起源的條件並不好。”本納說，“目前的證據在我看來，我們確實有可能都是火星人，被小行星擊中後飛出的石頭，把生命從火星帶到地球。”結果，我們的表親行星竟有可能也是我們的母星。
高分辨率成像科學實驗相機（HiRISE）的主要焦點是蝕溝中的活動，如新的沉積物。蓋爾撞擊坑中的新沉積物呈現藍色，影像經過色彩加強。
對我來說，探索火星或甚至把航天員送到火星的科學說服力，已經越來越強了。需要探討的科學問題並沒有變得更大或更引人注目。就像JPL的金特里·李所說的，在火星上找到可以確認的古代生命（或者較近代的生命）跡象，會是人類歷史上最重要發現的前幾名，甚至是唯一最重要的發現。這雖然只是個人觀點，但並不容易駁倒。
還有另一個同樣重要的相關問題：火星在遙遠的過去發生了什麼，使得原本溫暖潮溼的地方變得又幹又冷？目前理論探討的重點集中在火星磁場的消失，很久以前消失的大部分磁場本來可以維持大氣層的存在，進而維持溫暖溼潤的條件。磁場的遺蹟可以在磁化的岩石中找到，絕大部分都位於改變較小的南半球。
火星的直徑大約是地球的一半，內核更小，而內核是熔融的鐵與其他元素的混合，在一些行星上可以產生並支持磁場。在科學家看來，內核較小，表示火星的磁場一直都比地球弱。但它就這樣越變越弱嗎？還是曾有小行星撞上火星，使得內核不穩定，導致磁場被破壞？或者完全是另一回事？唯一能夠肯定的，是這個巨大的變化發生在火星早期，並使火星越來越乾冷。而另一方面，我們地球的行星狀態穩定，一直保有磁場，保有大氣層，也一直保有適於生存的環境。我們實在很幸運。
3
火星是地球的“表親”還是“母親”？
科學家開始考慮如何把火星岩石帶回地球上。同時，軌道器會以更高的分辨率繼續確認火星表面的地形、礦物組成，以及熱性質。人類的因素就在火箭成功發射，好奇號往火星出發之後，我接到潘·康拉德（Pan Conrad）的電話，非常興奮地通知我這件事。她是火星樣品分析儀（SAM）的副首席科學家，也是我的朋友。她在幾年前就已經告訴我，她像準備參加奧運會那樣準備這個任務，進行專業與體能上的訓練。
我每隔一段時間就會到戈達德空間飛行中心去拜訪在那裡工作的潘，她另外也在JPL主持一些科學工作小組會議。我們會聊到好奇號任務，我問她，那是不是真的像奧運會？還有，她覺得自己訓練得充不充分？她回答我，這比奧運會還棒，因為可以持續這麼久。當然不會總是維持在發燒般的興奮狀態，但已經足夠讓人常常感到刺激。那麼，現在變成了馬拉松，她的準備還可以應付嗎？不夠，她說。她應該做更多的訓練。
我和好奇號的工程師、科學家、主管談話時，常會想起潘的熱情與投入。他們都相信自己有幸參與的好奇號任務十分重要，也認為這可能是一生僅有一次的機會。他們自覺對任務的成功有責任，很多人也因此把一切都奉獻給好奇號。
當然，團隊內也時常發生衝突，會有人放馬後炮，也會出現令人氣餒的狀況。空中起重機的策略是不是考慮得太多了？好奇號是不是應該直接開往夏普山，而不是繞道黃刀灣？SAM到底能不能找到有機物的決定性證據？為什麼火星車沒能行駛得像計劃中那麼快？隨著時間流逝，有些參與者轉到其他工作，或者回去過比較平淡的日子，火星科學奧運會在他們的生活中也不再佔據那麼大的比例。但毫無疑問，大多數人回到他們原來的工作、家庭與所屬的群體時，會因為曾經參與過成果如此豐碩的重要計劃，而具備了更寬廣的視野。
軌道器會以更高的分辨率繼續確認火星表面的地形、礦物組成，以及熱性質。
如雪片般出現的大量科學論文證明了好奇號項目的規模與重要性。到2013年底，《科學》已經發表了16篇關於好奇號的論文。我們這位“表親”（還是“母親”？）的故事一般就是這樣來的，看起來就像一個個晦澀又撲朔迷離的片段。但情節主線卻十分清楚又引人入勝：火星的過去與現在非常不同，而且和地球很像。這個任務不只凸顯出火星的吸引人之處，它還清楚地說明了我們對這個星球的探索和分析才剛剛開始。我們無法解答的問題，遠超過我們可以回答的問題。而即使是有這麼有能耐的好奇號，也完全無法處理眾多我們最想知道、最重要的謎團，甚至都無從下手。
如果我們真的要挖掘、揭示、瞭解火星的過去，就必須執行更多的火星任務。然而火星任務十分昂貴。讓好奇號抵達蓋爾撞擊坑，執行任務將近兩年，花費約26億美元。接下來的幾個任務花費會少得多，但如果要把火星岩石帶回地球，或者最後把航天員送上火星，所需要的花費，比好奇號任務的成本高出許多。馬斯克與其他太空創業家有信心讓火星之旅的成本降低，或許只需要50萬美元就可以讓一個人往返火星，但這個目標屬於遙遠的未來。
不可避免的問題是，耗費上千億美元進行長期的火星與載人航天計劃，真的值得嗎？特別是，其中大部分都是納稅人的錢。顯然很多人不會對太空旅行和探索感到興奮，也不會願意支付這樣的費用。畢竟地球本身就有許多重要問題要處理。而且前往火星天然就有風險，比目前為止所有太空活動的風險都要高。這還沒算入把人類送往火星的部分。
4
火星真的值得花這麼大的努力嗎？
因為我投入好奇號任務的時間很長，所以我的答案是肯定的。在JPL感受特別明顯：大家正在做一件不凡的事，面對沒完沒了的挑戰，以及要把那麼多事情做好的負擔，大家都甘之如飴，因為可能取得的成果真的太大了。對於揭開火星謎底、把人類送上火星這件事，社會大眾最終如何看待它的價值，是很重要的。事實上，如果無法讓公眾把這件事當成優先考慮事項，它是不會成功的。
火星子午線（Meridiani）地區的軌道器影像。
好奇號在這個形成共識的過程中扮演了重要角色。它已經提升了技術與科學上的標準，向大眾介紹了這個適合生命存在的新火星（雖然那是很古老的事），並讓我們得以通過實際操作，瞭解未來若要發動更大規模，甚至載人的火星任務，可能會面臨什麼狀況。它已經獲得許多重大發現，同時展現出人類有能力在非常遙遠而且十分嚴酷的環境中操作極端複雜的機器人。
對我來說，好奇號大大提升了火星的吸引力。我們從一開始就和這個星球有所關聯，兩者都是從環繞著原始太陽的碎屑盤中誕生的。我們之間的距離在未來不見得會再次拉近，但很有這個可能，也很讓人嚮往。它是一項挑戰，一件獎品，一枚與眾不同的時光膠囊——火星正以這樣的姿態在召喚我們。
本文節選自《國家地理火星零距離》一書，較原文有刪節修改，小標題為編者所加。作者：馬克·考夫曼；摘編：何安安，編輯：張進；校對：陳荻雁。
轉載請超鏈接註明：頭條資訊 » “天問一號”的目標火星，是地球的表親還是母親？
免責聲明
：非本網註明原創的信息，皆為程序自動獲取互聯網，目的在於傳遞更多信息，並不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責；如此頁面有侵犯到您的權益，請給站長發送郵件，並提供相關證明(版權證明、身份證正反面、侵權鏈接)，站長將在收到郵件24小時內刪除。