2020年7月23日12时41分，中国海南文昌航天发射场，中国首个火星行星探测器“天问一号”搭载长征五号遥四运载火箭发射升空，正奔向火星！从古至今，人类从未停止过探索火星的步伐。火星距离地球的最近距离为5500万公里，最远距离为4亿公里。科学界一般认为，探测火星对研究宇宙演化、物质结构、生命起源等问题有重大价值，从人类未来星际移民前景来看，火星也是太阳系中最值得研究的一颗行星。由于地球和火星的公转周期不同，两个行星大约每两年“相遇”一次，即地球与火星之间的距离最近，在此期间从地球上发射火星探测器可以缩短抵达火星耗时，节省燃料，降低“探火”成本。今年7月至8月迎来两年一次的发射窗口期！北京时间20号06时58分，日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心。伴随轰鸣，一枚H2A运载火箭发射升空，火箭上搭载着阿拉伯联合酋长国“希望”号火星探测器。这是阿联酋首个火星探测器，也是今年发射窗口期启程的全球第一个火星探测器。在这之后的7月23号,我国首个火星探测器“天问一号”发射升空，任务目标是通过一次发射，实现火星环绕、着陆和巡视探测，获取火星探测科学数据。而当地时间7月30日，美国航天局“毅力”号火星车计划发射升空，并携首架火星直升机“机智”号一同前往火星。其任务包括寻找可能在火星上存在过的生命迹象，探索火星的气候和地质特征，收集样本以备未来送回地球，为人类登陆和探索火星探路等。
在这一具有历史性意义时期，佰思科学特别推出“火星探索”系列专题，回顾人类从古希腊至今探索火星的过程及有趣的故事，这是世界各国科学家一代接一代的传承。而“天问一号”的发射，也标志着我国在探索火星中，走在了世界的前列！
佰思科学“火星探索”专题总计8篇，从“望远镜里的火星”开始，以“天问来了”结束。感兴趣的，请持续关注我们！
作者：佰思科学| 沈东旭 邱亚明
环绕火星
水手九号
1971年11月14日，水手九号进入火星轨道。这是人类历史上，第一个成功入轨的环绕地外行星的探测器。水手九号围绕火星一直工作到了1972年10月27日。在这349天里，水手九号在距离火星1650千米的轨道上，拍摄了7329张照片，覆盖了火星85%的表面积。更重要的是，照片的精度很高，达到了每像素98米的水平，比之前提升了8倍有余。因此，水手九号取得了很多重大发现。
水手九号拍摄的火星地表照片
水手九号刚进入火星轨道，就看到了惊人的一幕：火星表面烟尘滚滚，整个大气浑浊一片，地表细节完全看不清楚。原来，这时候的火星发生了全球性的沙尘暴。火星大气虽然稀薄，但是由于火星表面没有海洋和植被，因此一旦刮起大风，会蔓延到火星全球，造成遮天蔽日的全球性沙尘暴。
火星晴天与沙尘暴期间的对比（2001年由美国宇航局火星全球勘探者号拍摄）
早在1796年，法国天文学家奥诺雷·弗洛热尔格（1755-1835）就报告说，火星表面像“被面纱遮住一样”。这可能是人类对火星沙尘暴现象最早的观察记录。但直到水手九号环绕火星的时候，人类才第一次知道，火星上会有如此强烈的沙尘暴天气。
水手九号拍摄的火星沙尘暴细节
自此以后，火星沙尘暴成了很多火星电影的重要情节。在2000年的电影《火星任务》中，火星上强有力的龙卷风将宇航员直接吸了进去。
电影《火星任务》中火星龙卷风的场面
再有，马特·达蒙主演的《火星救援》，沙尘暴吹起的天线罩将这位主角砸昏，无法登上返回地球的火箭，被留在了火星上，只能想办法自救求生，等待救援。
在火星漫天沙尘中艰难行走的马克·沃特尼（马特·达蒙饰演）
其实火星上的沙尘暴远没那么恐怖。火星的空气很稀薄，不到地球的1%，因此火星上再大的风，和地球的风比起来，不过是和风吹面的感觉。关于火星的沙尘暴，后面还会细说。当水手九号把火星沙尘暴图片发回地球之后，地面控制中心很明智地暂停了水手九号的观测任务，等待沙尘暴的结束。一直到了1972年1月中旬，火星上的狂暴天气逐渐平息，水手九号终于能为火星拍照了。
水手九号从上方拍到的奥林匹斯山（1972年）
水手九号做出的另一个重大发现，是确认了太阳系中最高的山--奥林匹斯山。它比火星的“海平面”，严格来说叫基准面，毕竟火星上没有海，高出了足足有21287.4米，到山脚的高度是26000米。
水手九号从侧面拍摄的奥林匹斯山
相比之下，地球上的最高峰珠穆朗玛峰，海拔高度不过八千八百多米；如果从山脚算起，夏威夷群岛中海拔4207米的茂纳凯亚火山是地球上的最高峰，从旁边的海沟算起高度是10203米。显然，地球最高峰也就是火星最高峰的一半左右。
奥林匹斯山（最高者）与珠穆朗玛峰（左下）和茂纳凯亚火山（右下）对比
奥林匹斯山是一个死火山口，日积月累流出的火山熔岩使其远远高出地表。有人认为，火星拥有太阳系最高峰，和它本身比较小有关。火星的直径大约是地球直径的一半，引力小于地球，相应的山的高度就能长到地球的一倍。
火星与地球的大小比较
别看奥林匹斯山这么高，对登山者却很友好，因为它的坡度非常平缓，外围地方的坡度只有5°，顶部甚至只有2.5°。我们都知道，攀登地球最高峰珠穆朗玛峰是对人类的巨大挑战，但普通人都能登上太阳系的最高峰，当然前提是你能到达火星那里。
计算机生成的奥林匹斯山效果（NASA）
如果真的登上山顶，你就会发现这山实在是太大了：它的宽度足有600千米，从山顶根本望不到山脚。
远看奥林匹斯山（计算机效果图）
水手九号另外一个重大发现，就是著名的水手号大峡谷。火星上不仅有太阳系最高的山，还有太阳系最大最壮丽的峡谷，让地球人殖民火星又多了一个理由。
水手九号拍摄的水手号大峡谷
水手号峡谷长度超过4000千米，而火星的周长是21344千米，或者说这大峡谷的长度超过火星半周长的三分之一。在火星的全景照片上，大峡谷显得十分突出。
水手号峡谷全景图
地球上著名的科罗拉多大峡谷，长446千米，最深处大概2000米，而水手号大峡谷最宽处200千米，很多地方深达6、7000米，最深处有8000到1万米，其壮观程度远非科罗拉多大峡谷可比。
科罗拉多大峡谷
在峡谷的最西面，是密密麻麻迷宫一般的区域，被称作诺克提斯迷宫。
水手九号拍摄的诺克提斯迷宫区域
中间最宽的区域，被称作米拉斯峡谷，其上方是堪德峡谷。堪德峡谷上方又是俄斐峡谷。
从左至右：俄斐峡谷、堪德峡谷、米拉斯峡谷（电脑模拟效果）
如果这些峡谷中真的有水的话，它们将非常的美丽。实际上，在火星久远的过去，这些峡谷中真的流淌过水。
水波荡漾的水手号大峡谷（电脑模拟效果）
或许有一天，人类能改造火星，让液态水再次在火星表面流淌。
水面覆盖火星表面效果模拟
这里再多说一句。在水手九号之后，还有用来探测金星和水星的水手十号。而水手十一号和十二号，则被重新命名为旅行者一号和旅行者二号。这两艘目前仍在运转的太空船，正在向远离太阳的方向进发，最终将脱离太阳系，进入茫茫无垠的宇宙空间。
旅行者一号（艺术效果图）
下期预告：着陆火星
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