好奇号火星漫步

美国东部时间8月22日，好奇号火星探测车迈出了它在火星上的第一步：它先向前行驶了4.5米，之后顺时针转了120度，接着又后退行驶了2.5米。这次行走，它在火星表面留下了6米长的清晰可见的车轮痕迹。

“这是一个重要的历史时刻！”行走顺利让好奇号团队欢呼不已，美国宇航局（NASA）的好奇号项目经理彼特·泰皮格也松了一口气：“如果探测车不能移动，我们可就白忙活一场了。”

接下来，好奇号将真正踏上寻找火星生命之旅：它将每天“走两步”，前往不到500米外的加勒陨坑内格莱内格尔点（Glenelg），按计划勘测格那里的3种不同地形。完成这些任务后，年底它将向盖尔陨坑内5000米高的“锋利山”进发，行程约7公里。

这项耗资25亿美元的“史上最贵探测任务”，有望在接下来的两年里为火星生命是否存在带来突破性的证据。

任务

追寻生命痕迹

好奇号是直接冲着生命去的，它或许将为火星生命是否存在或者是否曾经存在带来突破性的证据

美国《科学》杂志撰文称，自20世纪70年代以来，好奇号是NASA第一个搜寻火星上曾经宜居甚至目前仍有生命迹象的“真正的天体生物学任务”。

“在整个太阳系里，火星可以说是除地球以外，最有可能存在过生命的行星，也是人类在不久的将来最有可能真正踏足的另一颗行星。”科学松鼠会成员、果壳网频道主编Steed在接受南方日报记者采访时表示。

他解释，从天文学的角度来说，地球恰好处在太阳周边“宜居带”的区域中间，这个区域距离太阳不太近，因此行星表面不会热到把水全部蒸干，距离太阳又不太远，因此水不至于全都冻成冰块。

正因为地球处在宜居带中，所以水能够以液态的形式存在于地球的表面上，而这对于生命（至少是我们已知的生命形式）来说，是至关重要的。

Steed表示，火星恰好位于这个“宜居带”的边缘，比地球稍远一点，但也远不了太多。所以，在火星上，夏季正午的时候，温度可以升到二三十摄氏度！这个温度是可以让水在火星表面流淌的。

好奇号是NASA送到火星上的第四辆火星漫游车，前三辆分别是1997年由火星探路者号着陆器带上火星的旅居者号火星车，以及2004年登陆火星的孪生兄弟勇气号和机遇号。

勇气号和机遇号已经在火星上找到了水曾经存在过的证据，而且还证明，火星有过一段湿润的历史，当时水曾在火星表面长期存在。

前辈的工作为好奇号的任务打下了基础。Steed表示，好奇号将更进一步调查火星上现有的环境是否适合微生物生存，还将调查火星岩石中是否留存有火星生命曾经存在过的证据。

换句话说，勇气号和机遇号只是寻找火星历史上适宜生命生存的环境，而好奇号是直接冲着生命去的，它或许将为火星生命是否存在或者是否曾经存在带来突破性的证据。“所以，如果有一天，你听到新闻里说好奇号找到了火星人，也不用太过惊奇喔。”Steed笑着说。

由于带着探寻生命的目的，好奇号的着陆地点显得至关重要。NASA从2006年就开始挑选着陆地点，经过5年的仔细筛选，着陆地点选定盖尔陨坑。

盖尔陨坑由层状岩体组成，直径上百公里，底部岩层由粘土和硫酸盐组成，而上部岩层则由火星尘组成，丰富、多样。这个地区将能提供大量的关于火星早期和整个星球过去所经历的变化的信息。

背负重任的好奇号是一个行动迟缓的家伙，即使去不到500米远的格莱内格尔点，也要走走停停花掉1个多月。好奇号任务科学载荷负责人杰夫·西蒙斯表示，好奇号的绝大多数任务，例如分析远处的目标；移动手臂以便让仪器对准目标岩石进行分析，而后采集样本等，都需要几天时间。

而将采集到的信息通过超高频天线传输回地球的过程就更慢了。好奇号与地球的直接数据带宽大约8kbit/s左右，但与火星探测器2001火星奥德赛号（帮助好奇号传输信号到地球）的最理想传输带宽则能达到2Mbit/s，而2001火星奥德赛号与地球的数据带宽为256kbit/s。

当奥德赛号从漫游车上空飞过时，每次能通信8分钟，最多能传输250Mbit的数据，而这250Mbit的数据需要20小时才能传到地球。

挑战

艰难的旅程

进入火星大气层后，好奇号需要在7分钟内将速度从2.1万公里每小时降低为零，这段时间被称为“恐怖7分钟”

火星为什么难以接近？这其实不算是一个问题。探索任何其他行星都是非常困难的，因为两颗行星之间不仅距离遥远，而且它们的位置一直在变化。Steed打了一个比方说，“这就相当于一个篮球运动员要在运动中跳投一个篮球，把它投进一个运动的篮球框里，而且还必须是空心球。最重要的是，这个运动员如果在北京的话，那个篮球框可能就在纽约那么远、甚至更远的地方。这个难度可想而知。”

“火星是一颗很‘讨厌’的行星，它有一层很稀薄的大气，如果不管大气直接冲进去，那探测器肯定会烧毁，但这层大气又太稀薄了，就算使用很大的降落伞，也没有办法把好奇号的速度降到足够安全着陆的程度。所以最后还必须切断降落伞，采用反推火箭来减速。”Steed说。

“跟之前的火星车相比，好奇号无论是体积还是重量，都要超出许多，所以像勇气号和机遇号那样用缓冲气囊着陆的方式已经是不可行了。”Steed介绍，火星表面有很多的沙石灰尘，如果直接坐着火箭着陆的话，会扬起大量的沙尘，又可能会给好奇号上的设备造成损坏。所以NASA的工程师才天才般地设计出了一套天空起重机，把好奇号从反推火箭上垂吊下来着陆。“整个7分钟的着陆过程，可以说是有史以来最复杂的一套着陆系统，非常疯狂，任何一个步骤出问题都会失败。”

最重要的是，在好奇号着陆的时候，从火星到地球，连光都要跑14分钟！这就是意味着，好奇号经历的“恐怖7分钟”，地球上的人们根本插不了手。在我们知道好奇号闯入火星大气层的时候，它已经着陆至少7分钟了。

正因为在地球上看不到火星探测器实时的变化，实时测控无法进行，探测器只能由自主导航控制。整个过程需要完美的程序、完美的编排、精确的计时，一点差错都不能有。

由于距离过远，火星探测器发射的成功率也不高，只有不到50%。

“由于火星跟地球公转轨道的关系，每隔两年多的时间，我们才有一次可以从地球上发射探测器前往火星的机会。其他时间不是说不可以，而是会消耗更多的燃料，飞行时间也会更长。”Steed表示，人类向火星上发射了许多着陆探测器，着陆的难度要比发射一个探测器环绕火星飞行难得多，好奇号的“恐怖7分钟”就是证明。

经过了“恐怖7分钟”，好奇号稳稳停在了火星表面。接下来，这个有着6条腿和一只大胳膊的野外地质学家兼天体生物学家，就要开始它为期至少两年的勘探之旅了。

勘探之旅并非没有考验。在着陆时，它的一个风向传感器就被溅起的沙石打坏。接下来，好奇号不仅要接受严酷低温和沙尘暴的挑战，也要遭受长途跋涉带来的风险——机器的损坏和路上的沙坑陷阱。

不管怎样，好奇号已经安全着陆了，而且除了一个风速计以外，似乎一切正常。“我个人觉得，最大的挑战就是不要像勇气号那样，开到沙坑里把自己陷进去，最后失去与地球的联系。希望好奇号能够好运。”Steed说。

装备

十八般武器

好奇号的个头跟一辆mini cooper相当，它携带的科学设备，从质量上来说相当于前代火星车的10倍

为了完成更复杂更精细的任务，好奇号装备了十八般武器，个头也较其他火星探测器要大很多。Steed介绍，第一代火星车旅居者号，体积只有微波炉大小，第二代火星车勇气号和机遇号，个头有高尔夫球车大小，而第三代好奇号火星车，个头跟一辆mini cooper差不多。

“确切地说，好奇号携带的科学设备，从质量上来说相当于前代火星车的10倍。”

好奇号的“头部”两侧都有立体摄像头，可以用3D模式拍摄彩色照片和影片，这是最主要的成像工具，相当于人的左右眼。

安装在好奇号主车身上的火星降落成像仪是一台小型摄影机，负责拍摄好奇号着陆过程的影像，并为科学家提供盖尔陨坑的地质信息。

最引人瞩目的是化学相机。这个其貌不扬的相机包括了一个装在桅杆上的激光器，通过发射激光，可以将7米远的岩石和土壤上烧出小洞，使其表层汽化，并分析被汽化的尘埃的光信号，鉴定其化学成分。8月19日，好奇号初试身手，用激光射击了3米外的一块石头。化学相机还包含一个可以确认受激原子类型的光谱仪和一个可以捕捉激光照射区域详细图像的望远镜。

火星车环境监测站安装在“好奇号”桅杆中部，负责测量火星气候的日常和季节性变化。它能够评估火星表面风速、风向、气压、相对湿度、地面温度、紫外线辐射程度等。

好奇号长长的机械手臂备有钻头，可钻入岩石内部采集样本，并在机身内进行化验，将分析结果及时传给地球上的NASA。

机械手上有两个装置，一个是一台X射线仪，安装在好奇号机械臂末端，负责测量火星岩石和泥土中不同化学元素的丰度。这一仪器与样本接触后，能发射X射线和氦核，将样本元素中的电子轰出原子核轨道，进而产生X射线。根据放射出的X射线特征，科学家能够确定遭轰击元素的类型。

另一个则是一台约4厘米宽的放大摄像仪，能够拍摄小到12.5微米的岩石细节特征照片。此外，这台成像仪还可以向岩石发射紫外线，探测碳酸盐和其他化学沉积物。如果存在这些物质，说明可能有水流过。

安装在主车身背部附近的中子探测器能发射出中子到地下50厘米深，然后通过观察中子与氢原子核相互作用后发生的能量变化来确定氢的存在。而氢是火星上有水的一个重要指标。

为了帮助宇航员实现将人类送上火星的这一终极目标，好奇号上的辐射探测器将监测来自太阳的高能原子和亚原子粒子，评估火星表面的辐射环境及其对未来登陆火星宇航员的危害。这些信息对未来的载人火星探索以及评估火星是否具有适于生命存在的环境都很重要。

在好奇号所有的设备中，火星样本分析仪是最核心的设备。整个科学探测设备重80千克，这一台仪器就占了38千克。它由3个独立的工具构成，分别是质谱仪、气相色谱仪和雷射光谱仪，他们能够分析岩石和土壤样本，寻找有机物。科学家希望“好奇号”能够发现对生命至关重要的碳、氮、氢和氧元素。

矿物检测器通过X射线衍射分析“好奇”号机械臂搜集的粉末状岩石和土壤样本，鉴定其中的矿物种类。它对于硫、氯、溴等与盐的生成密切相关的物质敏感度特别高，可看出是否曾经与水发生过作用。

华裔女孩命名好奇号

好奇号是由来自美国堪萨斯州的华裔女孩马天琪命名的。在2009年举办的火星探测器命名征文比赛中，正读小学六年级的马天琪的文章从9000多件作品中脱颖而出。

在马天琪的获胜短文中，她说“好奇心是燃烧在每个人心中的一个永恒的火焰”，好奇心是一种激情。她还在很小的时候就想知道天空为什么是蓝色的，为什么天上的星星会眨眼。

当年6月8日，12岁的她首次受邀来到NASA位于加州的喷射推进实验室，在火星车上写下“Curiosity”（好奇）并签名“Clara Ma、马天琪”。火星上也将因此首次出现中文姓名。

马天琪的父亲马喜庆、母亲曹力生毕业于清华大学，上世纪90年代来到美国，职业是工程师。

火星探索征程

尽管前路诱人，但人类飞往火星的征程却是危险与失败交迭的过程。

苏联是最早进行火星探测的国家。早在1960年，前苏联便相继发送两枚火星探测先行者，但都未到达指定的地球轨道。在1971-1988年间，苏联曾成功地发射了6个火星轨道器和4个着陆器，但除了3个轨道器外，其余的都在到达火星宣告失败。

美国对火星的探索自1962年发射水手3号探测器开始，但其升空后不久便坠落。1964发射的水手4号一年后在距离火星一万公里的高空掠过，获得了第一批火星照片。此后，除了水手8号不幸夭折之外，水手5-9号都成功发回了从天空观测到的火星数据。

1975年，NASA先后发射了两个海盗号探测器，用以探测火星上是否存在生物，发回的数据否定了存在“火星人”的说法。

1992年，美国发射了装载7个仪器的火星观察者号（Mars Observer）。飞船原计划在1个火星年的周期内对火星进行研究，却在预计进入火星轨道的前几天失去了联系。

NASA从火星观察者号的失败中总结教训，提出了一个长达10年的火星探索计划——发射一系列小型飞船进入火星轨道并登陆，以代替大型飞船。

1996年底，火星全球探勘者号（Mars Global Surveyor，MGS）飞船和火星探路者号（Mars Pathfinder）发射。从勘探者号从极轨上测绘的数据中发现，火星北部曾经存在一个大洋，以及某一环形山中有近几年间新形成的一条水侵蚀沟，证明今天的火星上存在地下液态水源。

1997年7月，探路者号着陆，释放出一辆名叫旅居者（Sojourner）的微型火星车，在阿瑞斯谷（Ares Valles）一条向外流的河道处寻找鹅卵石和砾石，它们是水源曾经存在的证据。

在这些振奋人心的发现之后，紧跟着的又是接连的失败。

但NASA依然坚决地推进十年计划，2001年10月，火星奥德赛号（Mars Odyssey）飞船被送入绕火星轨道。它不仅测绘火星地表的矿物质含量，还发现在火星高纬度的大片区域内，土壤中的水分含量超过60%（以质量计）。目前，火星奥德赛号仍在正常工作。

2003年，NASA发射了两辆中型火星探测漫游者（MER），他们是双胞胎兄弟机遇号和勇气号。2004年3月，MER科学小组宣布，机遇号在所探测岩石的结构和形态两方面都找到了液态水的可靠证据。几天后，勇气号发现了盐层——古瑟夫环形山里一条古海岸线的遗迹。2010年，勇气号失去联系。机遇号目前仍在工作。

2006年，NASA的火星勘测轨道飞行器（MRO）入轨，开始对火星测绘。在好奇号的登陆过程中，MRO也进行了实时监控。

2008年，凤凰号火星探测器（Phoenix）在火星北极成功着陆。在火星北部，凤凰号找到了纯水冰，首次发现降雪，并且找到了火星上存在碳酸钙和粘土的线索。

而最近登陆的好奇号，携带着最先进的设备，被寄予发现火星生命存在或者曾经存在证据的重任。

Steed介绍，针对火星，NASA采用的是一系列小而又低成本的探测计划。这样可以根据前几项任务的探测结果，及时调整后续任务的探测目标，实际上要比一次发明一个大而全并且成本很高的探测器要划算得多，而且更有针对性。

Steed告诉记者，去年，中国在俄罗斯的福布斯-土壤探测器里搭了一个火星探测器，叫做萤火一号，不过发射之后就出故障了。

探测火星不仅需要大推力火箭把探测器送上前往火星的轨道，还需要有精确的轨道修正和姿态控制技术。除此之外，抵达火星后探测器跟地球的通讯也需要有强大的地面天线来接收。

2016探火星内核

美国航天局日前宣布，计划在2016年发射“洞察”号，它将首次尝试探索这颗红色星球的内核状况。

据介绍，“洞察”号着陆探测器计划在2016年9月抵达火星，设计任务时间约为两年。一旦成功登上火星，它将利用所配备的4套精密仪器对火星内核状况展开详细探测。科学家希望通过“洞察”号了解火星内核大小、组成及物理状态、地质构造和火星内部地震活动等情况。

与“好奇”号火星探测项目的25亿美元投入相比，“洞察”号项目的预算仅有4.25亿美元。这一项目仍由负责“好奇”号项目的美国航天局喷气推进实验室负责。

南方日报 李秀婷 汤凯锋