火星探测其实最好分为美国篇和非美国篇,不然你会真的以为人类各国的成功率都不过是一半左右
一文盘点人类火星探测史上所有高光时刻。
一切过往,皆为序章。
火星,可能是日月之外人类最早注意到的天体之一,火红色的整体外观更是让这颗行星格外惹人关注。
古埃及人就曾直接称火星为“红色的那颗”。
在许多文化里,红色的火星都和“战争、不祥”建立了联系。
中国古人称火星为“荧惑”。早在春秋战国时期,诸子百家的著作中就大量出现了对“荧惑”的记载。“荧惑守心”这一地球和火星角速率不同造成的“弯道超车”视觉现象,被中国古人视为大凶之兆。
英文的火星“Mars”则是罗马神话中战神“玛尔斯”的名字,连带着两颗小小的卫星都被命名为Phobos和Deimos,这是希腊神话中战神两个儿子的名字,意为“害怕”、“恐怖”。
十七世纪,望远镜问世。但在此后的三百多年里,人类主要借助火星冲(日地火近似呈一条直线)这样的“自然窗口”才能更清楚地看到火星表面形貌。在每26个月一次的火星冲附近,火星可以达到离地球最近的位置,许多火星表面地图,都是天文学家们基于火星冲时期的观测绘制的。
1840年,德国天文学家约翰·海因里希·冯·马德勒和威廉·比尔发布了第一张完整的火星地图,这也是第一张用经纬度标注地球以外行星的地图:火星的0度经线被定义在小型撞击坑艾利-0所在之处。
此后三十年间,也有各种版本的火星地图陆续问世,但最终一统江湖的,还是时任意大利布雷拉天文台台长的乔凡尼·斯基亚帕雷利基于1877年火星大冲时期的观测绘制的火星地图。地图中使用的诸多火星典型地貌命名被后人广泛采纳,沿用至今。
似乎一切都在向着越来越好的方向发展,彼时的人类虽然装备有限,但依然在一点一点增进对火星的了解。只是,谁也不知道为啥这路走着走着就走歪了。
从彼时的权威人士乔凡尼·斯基亚帕雷利开始,一些天文学家认为自己通过望远镜在火星表面看到了越来越多“线性沟槽”。在此后的近百年里,人们开始相信火星表面确实“阡陌交通、沟壑纵横”,这些“沟槽”是火星人为灌溉而建造的“运河”。
于是,这些压根不存在的“火星沟槽”又让人们与火星表面的真实形貌渐行渐远,也让“火星运河”和“火星人”的错误观念一度深入人心。有机会蒙酱再和大家展开聊聊这段“火星运河荒唐史”。
直到探测器时代来临,这些迷雾才终于被无可争议的观测事实所拨开。而我们的故事,就是从这里开始的。
如果说望远镜的发明“升级”了人类的肉眼,那探测器的登场则为人类的凡胎插上了翅膀。自1960年人类首次尝试发射火星探测器至今,已经发射了44次火星任务,其中18次成功,5次部分成功,成功率大约在50%。
和“想要近距离看清火星”的望远镜时代相似,想要“近距离探测火星”,依然需要等待每26个月一次的“窗口期”,只不过,这次的窗口期从“火星冲”这样“距离上的最近”(观测窗口),变为了让探测器最节省燃料的“能量上的最近”(发射窗口)。
在1964年的火星发射窗口里,NASA一口气先后发射了孪生机水手3号和4号。11月5日发射的水手3号,在发射阶段就遇到了一箩筐问题:探测器没能完全从头锥中弹出、太阳能板没能展开、电池耗尽…最终发射失败。
但正是这些问题的发现为弟弟水手4号走向人生巅峰铺平了道路。仅仅在23天后的11月28日,修复了所有已知问题的水手4号顺利发射,又在8个月后成为了人类第一个飞掠火星并传回火星照片的探测器。
水手4号共拍摄并传回了22张火星照片,让人类第一次近距离看到了火星表面的样子。它还对火星大气、磁场和空间环境做了初步探测。水手4号的探测结果基本打破了人类对“火星人”的幻想:相比于地球,火星大气稀薄,表面像月球那样撞击坑遍布。这里荒凉而沉寂,没有发现任何支持火星人这样的复杂智慧生命存在的证据。
飞掠火星看到的一点惊鸿掠影当然不能让人类满足,环绕火星展开长期探测才能将全球每个角落收入眼底。1971年发射窗口,美国和苏联迎来了激烈的“火星争夺赛”。
在短短21天里,美苏相继发射了5颗火星环绕器。最终,NASA水手9号后发先至,率先于1971年11月14日进入环火星轨道,成为人类第一个火星环绕器。自此,人类终于可以驻留在火星附近长期观测了。
水手9号、火星2号和火星3号抵达火星时,好巧不巧正赶上火星全球性的沙尘暴。但水手9号迅速调整了状态,坚持到了沙尘暴平息,最终获得了远优于火星2号和3号探测成果。仅就拍照这一项,水手9号就拍摄了并传回了7329张火星表面照片(相比之下火星2号和3号共传回了60张照片),覆盖了火星表面85%的区域,一举超过了之前所有火星探测器的拍摄总和。
火星运河并不存在▼
巨大的火山、深长的峡谷、复杂的渠道、熔岩的遗迹、甚至火卫一和火卫二的表面——在水手9号的帮助之下,火星和两颗火卫的大部分面目,终于一一暴露在了地球人的视野之下。火星最壮观的水手峡谷,就是以水手9号命名的。
环绕探测固然能为我们提供火星近乎全球的整体信息,但实地考察的重要性也不可替代。没有什么比真正踏上火星表面,近距离探测火星更让人类心驰神往。
1975年火星发射窗口里,NASA先后发射了孪生机海盗1号和海盗2号(Viking)。每艘海盗号都由环绕器和着陆器组成,环绕器进入环火星轨道飞行了一段时间后才择机释放着陆器。
海盗号着陆器采用了最最传统的降落伞+反冲火箭的着陆方式,和后来的凤凰号、洞察号如出一辙。
1976年7月20日和9月3日,短短一个半月间隔里,海盗1号和2号的着陆器相继踏上火星遥遥相对的两片土地:克律塞平原和乌托邦平原。
它们不仅是美国第1、2个成功着陆火星的探测器,也是人类头两个成功着陆火星并顺利开展工作的探测器。
第一张在火星表面拍摄的照片▼
第一张火星表面拍摄的彩色照片▼
尽管严格来说,苏联的火星3号才是第一个成功软着陆火星表面的探测器,但非常遗憾的是它在着陆仅20秒后就迅速失联,没能顺利开展探测工作,连拍摄的第一张照片都没能传全乎 [8]。
没有人知道火星3号着陆器携带的火星车是否成功释放,是否在火星上走上过几步。
海盗号的两艘环绕器也各自精彩。它们在任务期间拍摄了大量火星以及两颗火卫表面的高清照片,质量远胜于之前的水手9号任务,覆盖率更是高达火星表面积的97%,再一次刷新了人们对火星表面的认识。
海盗号的成功标志着美国在太空竞赛火星赛场上的压倒性胜利,此后,美苏都陷入了长时间的沉寂。
1996年底,NASA火星全球探勘者号(MGS)环绕器发射成功,次年进入环火星轨道。在长达9年的火星岁月里,这颗探测器取得了诸多令人惊叹的科学成就。
它用激光高度计获取了迄今为止分辨率最高的火星全球地形数据(MOLA),至今仍是各种科学探测和研究的重要参考。
通过这些地形数据,科学家们让火星北半球低地中许多被掩埋的古老撞击坑和盆地“重见天日”,这意味着火星看似平坦的北部低地其实并不比撞击坑遍布的南部高地年轻,反而更加古老。
它发现了数百处流水形成的冲沟,这意味着火星表面可能在不久的过去还有过液态水流动。
……
火星全球探勘者号正式开启了这后三十年火星探测的全盛时代。自此,对火星进行全方位、更深入的科学探测成为各国火星探测的核心目标。
1997年,火星探路者号着陆器带着人类第一辆火星车旅居者号成功登上火星表面。作为NASA第二届“发现级”项目“成员,“更快、更好、更便宜”是它们的立身之本。
更轻、更小的火星探路者号首次使用气囊来完成降落伞之后的缓冲减速,然后类似我国的嫦娥三号/四号,在着陆成功之后释放火星车旅居者号。
尽管两个着陆任务仅仅工作了三个月(但已超过设计寿命),火星车仅累计移动了约100米,但火星探路者号和旅居者号作为探索火星的“先头部队”,为后续NASA的火星着陆任务验证了技术、开辟了道路。
二十一世纪悄然来临。2001发射窗口里,NASA将环绕器火星奥德赛号送往火星。
火星奥德赛号的重大成就之一是它搭载的伽马射线谱仪(GRS)首次在火星上探测到了氢的存在,间接证实了火星地下含有水冰 [16]。
这艘探测器至今仍在一圈一圈环绕着火星进行科学探测,同时还为火星上的着陆任务提供通讯中继,它是目前为止所有的火星探测器里最超长待机的一个。
2003发射窗口,欧空局发起了对火星的首次尝试,将环绕器火星快车号和着陆器小猎犬2号送往火星。
火星快车号绝对称得上首战成名,虽然小猎犬2号着陆后失联了,但丝毫不妨碍火星快车号一路开挂的科学发现。
火星快车号搭载的可见光与红外线矿物光谱仪OMEGA在火星表面多处检测出了粘土(也就是水合层状硅酸盐)等水合矿物,表明火星表面在很久以前很可能有大量液态水流过 [17]。
火星快车号的测地雷达MARSIS更是首次在火星地下发现了疑似液态水湖 [20]。(详见:这一次,我们在火星找到了冰下湖?)
火星快车号眼中冰封世界,宛若仙境▼
NASA在这个赛季也同样辉煌:孪生机勇气号、机遇号火星车相继成功发射,并在2004年1月相继着陆在火星遥遥相对的古谢夫撞击坑和子午平原,它们的目标是探寻火星上的水。
由于只能通过太阳能板供电,勇气号和机遇号原本的设计寿命只有90天。然而,谁也没有想到,原本被视为灾害的火星尘卷风却时不时帮它们清除了太阳能板上的灰尘,让它们能够活力四射地继续工作了好多年。勇气号和机遇号的探测结果进一步证明火星曾经有过温暖湿润的环境,那时候的火星或许是适宜生命存在的。
2007年,NASA凤凰号着陆器发射升空,次年降落在火星北极一带,是目前人类最北的火星着陆任务。凤凰号和后来的洞察号着陆器采用的都是传统的反冲火箭着陆方式,而且两者在外形上也有直接的继承。
挖土小能手凤凰号不负众望,很快就在着陆区一带的土壤下挖出了高纯度水冰,堪称“火星有水”的一记实锤。
2005年,NASA的另一个大杀器——火星勘测轨道飞行器(MRO)发射升空。它携带的高分辨率相机(HiRISE)为地球人带来了火星局部最高可达0.3米/像素的照片,甚至比许多地球卫星拍摄的地球表面照片都清楚。
海量的高清照片不仅让地球人大开眼界,也让诸多更为精细的火星地质研究成为可能,一圈一圈环绕火星持续拍摄的高清照片,更让行星科学家们能够观察到火星表面各种随时间变化的奇特地貌——四时之景不同,而乐亦无穷。
火星,以一种极致清晰的面貌呈现在人类眼前,甚至让科学和艺术都模糊了边界。
HiRISE相机在火星上发现的季节性斜坡纹线(RSL),更是让人们怀疑火星表面直到近期都还有小规模的含盐液态水季节性出没。
早在1976年,NASA的海盗号任务就致力于探测火星生命。承载着来自地球人对火星生命的殷切期盼,两艘着陆器都携带了生物实验装置,用于分析火星的气体样品和通过远程采样臂铲取火星的土壤样品。
令人失望的是,尽管部分探测结果显示出一些疑似生命产物的痕迹,但都没有被科学界广泛采信——海盗号没有得到火星是否存在(过)生命的明确证据。(下期详聊这个~)
三十多年后,NASA的好奇号火星车接过了火炬。2012年8月,好奇号成功着陆于火星赤道一带的盖尔撞击坑中,目标探索远古火星可能的水和生命痕迹。
它是彼时人类最昂贵、最先进、也最重的火星车,光是重达900公斤这一项,就让NASA不得不首次启用空中吊车这种着陆火星的“黑科技”。
它不仅可以通过拍照等遥感方式远程探测火星表面的形貌成分,
还能在火星上钻孔,直接采样分析火星样本的成分。
尽管自拍狂魔·钻孔小能手·激光笔达人·行走的化学实验室·火星地质学家·好奇号至今仍未发现火星生命的实锤,但它已经在火星上发现了越来越多丰富的复杂有机物和曾经适宜生命生息的环境——这依然给了我们无限希望。(详见:《科学》杂志:好奇号发现火星远古有机物,我们离发现生命还有多远?)
2013和2016年发射窗口,NASA的MAVEN任务和欧空局&俄宇航合作的痕量气体轨道器(TGO)相继前往火星,它们的目标都是探测火星大气。
不过,前者的重点在于探索失去磁场的火星是如何逐渐失去大气层的;
后者则想进一步了解火星大气中的甲烷等痕量气体,帮助我们从另一个角度认识火星上的有机物甚至可能的生命活动。
早在1976年,两艘海盗号着陆器就携带了火震仪,希望借此探测火星的内部结构。但遗憾的是,两个火震仪均未能按计划工作。而这份遗憾,直到四十年多年后的洞察号才终于得到弥补。
2018年,NASA的洞察号着陆器奔赴火星。洞察号携带着火震仪和热流检测仪等仪器,目标是探索火星的内部结构、热状态、自转变化等地球物理性质。火星终于迎来了第一位地球物理学家。
尽管热流检测仪的安装遇到了一些困难,但火震仪已经观测到数百次不同震级的火星震动。洞察号在接下来的时光里,还会继续温柔地聆听火星的心跳,感受火星的体温。
站在2020年这个时点眺望这颗红色星球,这可能是人类有史以来火星探索最辉煌和繁盛的时期。
尽管人类不再急功近利地堆发射数量和频率,但质量更优、分工更明确、也更超长待机的探测器们让今天的火星成为地球以外现役探测器最多的天体,妥妥的C位没有之一。
火星奥德赛、火星快车、火星勘测轨道飞行器(MRO)、曼加里安号、MAVEN、痕量气体轨道器(TGO)、好奇号、洞察号,这么多火星探测器至今仍在工作中,为我们带来源源不断的惊喜。
在诸多探测数据的积累之下,如今的我们对火星的认识早已今非昔比。从火星的大气层、表面、到内部结构,从火星过去、演化、到现在——短短六十年里人类火星探测所获得的新知,早已远超过去数千年来人类对火星认识的全部。
火星全球地质图▼
火星全球重力场分布▼
……
这份辉煌和繁盛还远远没有结束。
2020年7月,新的火星赛季再次开启。除了ExoMars二期任务临阵退赛之外,阿联酋的希望号已于7月20日率先出发,中国的天问一号、NASA的毅力号&机智号也将如约起航。已经在火星耕耘良久的6+2天地组合又将迎来新的伙伴。
在火星“寻水”的征途已经找到了答案之后,人类似乎又重燃了四十多年前年前对两艘海盗号的期盼:火星曾经有过生命吗?火星现在还有生命么?
甚至更远的,人类何时能采集火星的样品送回地球研究?何时能在火星建立或短期或长久的火星基地?
或许这一天已经不远了。
在这条人类前往火星的路上,有过急功近利,有过稳扎稳打,有过高歌猛进,有过黯然离场,有过意料之外的惊喜,也有过幻想破灭的失落…从1960年到2020年,六十年,对一个人类的寿命来说已经足够漫长,但在历史长河中又是如此短暂,不过弹指一挥。
或许千百年后,我们的后代回忆起这段“刀耕火种”的蛮荒探索史时,会有如看着原始人奋力划着木桶想要横渡大西洋。但这份“无知无畏”,却正如火星任务的名字们:勇气、机遇、好奇、洞察、毅力、机智那样,印证着人类这个种族向着星辰大海进发时留下的奋进和不屈的足迹。
雄心勃勃、迎难而上、坚韧执着、不惧失败、永远探索。
这,就是地球人。
致谢
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[1] Brahe, T. (1982). Astronomiae instauratae progymnasmata. apud Godefriedum Tampach.
http://www5.kb.dk/en/nb/tema/webudstillinger/brahe_mechanica/brahe_fsi.html?page=20
https:// mars.nasa.gov/allaboutm ars/mystique/history/
[2] NASA's Scientific Visualization Studio | 2016 Mars Opposition
https:// svs.gsfc.nasa.gov/4465
[3] The Martian Prime Meridian -- Longitude "Zero"
https:// mars.nasa.gov/mgs/msss/ camera/images/01_31_01_releases/airy0/
[4] NSSDC Image Catalog | Mariner 4
https:// nssdc.gsfc.nasa.gov/img cat/html/mission_page/MR_Mariner_4_page1.html
[5] USGS | Mariner 9 Mars Map
https://www. lpi.usra.edu/resources/ mars_maps/mariner9/index.html
[6] https://photojournal.jpl.nasa.gov/spacecraft/Mariner%2B9
https:// nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc /spacecraft/display.action?id=1971-051A
https:// nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc /spacecraft/displayDataset.action?spacecraftId=1971-051A
[7] https://solarsystem.nasa.gov/missions/viking-1/in-depth/
https:// solarsystem.nasa.gov/mi ssions/viking-2/in-depth/
[8] Soviet Mars Images
http:// mentallandscape.com/C_C atalogMars.htm
[9] Советский штурм Марса (1971 год --"Марс-2" и "Марс-3").
https://www. youtube.com/watch? v=tVJfjDOa3TI
[10] https://attic.gsfc.nasa.gov/mola/images.html
[11] Frey, H. V., Roark, J. H., Shockey, K. M., Frey, E. L., & Sakimoto, S. E. (2002). Ancient lowlands on Mars. Geophysical Research Letters, 29(10), 22-1.
[12] NASA | Making Final Preparations for the Path to the Red Planet
https://www. nasa.gov/content/making -final-preparations-for-the-path-to-the-red-planet
[13] Mars Exploration Rover Entry, Descent and Landing on Mars (using airbags)
https:// mars.nasa.gov/resources /20172/mars-exploration-rover-entry-descent-and-landing-on-mars/
[14] NASA | Mars Pathfinder - In Depth
https:// solarsystem.nasa.gov/mi ssions/mars-pathfinder/in-depth/
[15] NASA | Odyssey Orbiter Mission Overview
https:// mars.nasa.gov/odyssey/m ission/overview/
[16] Boynton, W. V., Feldman, W. C., Squyres, S. W., Prettyman, T. H., Brückner, J., Evans, L. G., ... & Englert, P. A. J. (2002). Distribution of hydrogen in the near surface of Mars: Evidence for subsurface ice deposits. Science, 297(5578), 81-85.
[17] Bibring, J. P., Langevin, Y., Gendrin, A., Gondet, B., Poulet, F., Berthé, M., ... & Drossart, P. (2005). Mars surface diversity as revealed by the OMEGA/Mars Express observations. Science, 307(5715), 1576-1581.
[18] Orosei, R., Lauro, S. E., Pettinelli, E., Cicchetti, A., Coradini, M., Cosciotti, B., ... & Soldovieri, F. (2018). Radar evidence of subglacial liquid water on Mars. Science, 361(6401), 490-493.
[19] https://mars.nasa.gov/resources/6471/driving-distances-on-mars-and-the-moon/
[20] https://www.uahirise.org/hipod/
[21] https://mars.nasa.gov/resources/20329/curiositys-first-five-years-of-science-on-mars/
https:// mars.nasa.gov/msl/space craft/instruments/chemin/
有几点我想说一下:
1,某些人拿李世民重修氏族志来说事,我不知道他们啥脑回路,重修氏族志将崔姓降为三等本身就是李世民瞧不上老牌士族的表现啊这有错吗,某些精神世家也不必挽尊了吧。
2,说世家不是比官职的我又哪一句说世家是比官职的了(当然在贞观朝你也没啥官职可比了,只好比谁家女儿卖的贵)?但李世民看的是官职你酸也没用啊(当然即便北魏定士族时官爵也是一个最重要的考量,很奇怪一个割据半壁的少数民族政权在某些人眼里倒比李唐合法性更高)。官职代表的是功劳才能,你无功于天下,亦无才势可依仗还有啥可豪横的?新中国都建立了你口口声声祖上八大铁帽子王不觉的搞笑么?
3,五姓七宗们口口声声祖上多牛掰也许在那个时代很唬人,可我们站在五千年历史的尽头回望,也就那样。他们可查的祖宗在他们生存的时代大多也不算什么一流人物甚至有些恐怕正史都无传且也不乏泥腿子出身,那后人有什么资格瞧不起别的泥腿子的?某些精神五姓,怕也说不出自家的精神祖上是谁吧?
4,关于李虎家族,目前的说法有陇西李旁支(人家也没说自己是嫡系啊),赵郡李旁支(陈寅恪考证),胡姓改(法琳和尚说的,因为出家人不打妄语?李世民没杀他,因为李世民心虚?)。第三种说法你爱信就信不解释。就说旁支难道就没资格称郡望了么?世家强大靠的不是什么祖宗荣光,而是家学渊源及人多势众,而这两者都不看什么嫡系不嫡系的,你又不是皇家有一个皇位要继承,当然要开枝散叶人越多越好,否则郡望之下不会又分各房,甚至同姓之间如陇西李赵郡李,清河崔博陵崔本出同源是不是也要分一个庶嫡?你五姓七宗数百年间人才代出,难道全是一脉单传?
因为李世民首先嫌弃了他们,所以才有了世家酸溜溜的瞧不上李家,至于什么血统,旁系,破落户,都只是一个理由而非原因。
联姻也好,封官也罢,李世民看的只有才能功劳,说白了就是官爵,在新王朝建立和建设中有功绩起作用的人,自然身居高位,也自然是皇家的结亲对象,这其中既有老牌世家,也有新兴勋爵,所以出身在李世民眼里不重要,才能功劳才重要。
至于说世家瞧不上李家更扯淡了,崔卢李郑王,李家起码排第三,哪怕李虎一支是旁系,但从李虎开始历西魏北周大隋三代公爵即便崔卢也拿不出几个人敢比吧?郑王以下就更别说了。至于南朝的世家,刘宋,萧齐,陈家建国时全是布衣出身怎么没见世家瞧不起?北朝宇文家,外族;高家,精神外族;杨家,精神高门,怎么也没见世家瞧不起?到李唐这真的贵族上位了,确切地说到李世民这世家就瞧不起李家了,为啥?无非是在李世民这里拿不到好处,酸葡萄心理作祟罢了。往前几百年,南边北边,不管谁作皇帝,都要与世家共天下,所以哪怕江山治理一团糟,一堆几十年的短命王朝割据势力,但最后泥腿子出身的皇家倒都摇身一变也跻身世家了,李唐到李渊这也还是这样,还割据一方就已经到处封官许愿滥赏无数了,这些躺赢的世家照例也很满意。但李世民上位后就不一样了,大刀阔斧精简机构一大批无才无功的二世祖不能再寄生于国家公器当然就动了世家利益了,但这些靠祖辈积累的世家确实在新朝中都是边缘人物没什么权重,又不能硬气一点不食周粟,只能酸溜溜的说些敝帚自珍的话了,可笑现在倒有人还真被唬住当了真了。典型的例子如氏族中排名第一的崔家,族长在贞观朝不过是一个小小的五品官,他要有能力有势力他不至于只是个五品,他要有气节也不会去作这个五品,李世民要想向他示好也不会只让他当这个五品,李世民也没必要跟一个门不当户不对的五品官联姻。
所谓人言可畏,譬如明朝时曲阜孔家,瞧不上江西张家道士气,瞧不上凤阳朱家暴发户,多少人当了真还真以为衍圣公霸气外露,其实不过私底下过嘴瘾,你让他当面说啊?当面指不定是受了啥气呢?