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驚鴻一瞥

如果說望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明“升級(jí)”了人類的肉眼，那探測(cè)器的登場(chǎng)則為人類的凡胎插上了翅膀。

和“想要近距離看清火星”的望遠(yuǎn)鏡時(shí)代相似，想要“近距離探測(cè)火星”，依然需要等待每26個(gè)月一次的“窗口期”，只不過，這次的窗口期從“火星沖”這樣“距離上的最近”（觀測(cè)窗口），變?yōu)榱俗屘綔y(cè)器最節(jié)省燃料的“能量上的最近”（發(fā)射窗口）。

每當(dāng)火星相對(duì)于太陽的位置領(lǐng)先于地球44度角左右的時(shí)候，從地球發(fā)射的探測(cè)器經(jīng)過一個(gè)橢圓軌道（也就是“地火轉(zhuǎn)移軌道”）后剛好會(huì)在幾個(gè)月后與火星自然相遇，這樣的時(shí)機(jī)每26個(gè)月出現(xiàn)一次。注意，這樣的發(fā)射時(shí)機(jī)并不對(duì)應(yīng)于火星距離地球最近的時(shí)刻。改編自：NASA

在1964年的火星發(fā)射窗口里，NASA一口氣先后發(fā)射了孿生機(jī)水手3號(hào)和4號(hào)。11月5日發(fā)射的水手3號(hào)，在發(fā)射階段就遇到了一籮筐問題：探測(cè)器沒能完全從頭錐中彈出、太陽能板沒能展開、電池耗盡……最終發(fā)射失敗。

孿生機(jī)水手3號(hào)和4號(hào)的外形。© NASA

但正是這些問題的發(fā)現(xiàn)為弟弟水手4號(hào)走向人生巔峰鋪平了道路。僅僅在23天后的11月28日，修復(fù)了所有已知問題的水手4號(hào)順利發(fā)射，又在8個(gè)月后成為了人類第一個(gè)飛掠火星并傳回火星照片的探測(cè)器。

水手4號(hào)共拍攝并傳回了22張火星南半球的照片，讓人類第一次近距離看到了火星表面的樣子。它還對(duì)火星大氣、磁場(chǎng)和空間環(huán)境做了初步探測(cè)。水手4號(hào)的探測(cè)結(jié)果基本打破了人類對(duì)“火星人”的幻想：相比于地球，火星大氣稀薄，表面像月球那樣撞擊坑遍布。這里荒涼而沉寂，沒有發(fā)現(xiàn)任何支持火星人這樣的復(fù)雜智慧生命存在的證據(jù)。

1965年7月15日，水手4號(hào)飛掠火星時(shí)拍攝的火星表面照片。© NASA [4]

生死時(shí)速

飛掠火星看到的一點(diǎn)驚鴻掠影當(dāng)然不能讓人類滿足，環(huán)繞火星展開長期探測(cè)才能將全球每個(gè)角落收入眼底。1971年發(fā)射窗口，美國和蘇聯(lián)迎來了激烈的“火星爭(zhēng)奪賽”。

在短短21天里，美蘇相繼發(fā)射了5顆火星環(huán)繞器。最終，NASA水手9號(hào)后發(fā)先至，率先于1971年11月14日進(jìn)入環(huán)火星軌道，成為人類第一個(gè)火星環(huán)繞器。自此，人類終于可以駐留在火星附近長期觀測(cè)了。

“生死時(shí)速”——1971火星爭(zhēng)奪賽。制圖：haibaraemily

水手9號(hào)、火星2號(hào)和火星3號(hào)抵達(dá)火星時(shí)，好巧不巧正趕上火星全球性的沙塵暴。但水手9號(hào)迅速調(diào)整了狀態(tài)，堅(jiān)持到了沙塵暴平息，最終獲得了遠(yuǎn)優(yōu)于火星2號(hào)和3號(hào)探測(cè)成果。僅就拍照這一項(xiàng)，水手9號(hào)就拍攝了并傳回了7329張火星表面照片（相比之下火星2號(hào)和3號(hào)共傳回了60張照片），覆蓋了火星表面85%的區(qū)域，一舉超過了之前所有火星探測(cè)器的拍攝總和。

火星運(yùn)河并不存在▼

使用水手9號(hào)數(shù)據(jù)繪制的火星地圖。© USGS [5]

巨大的火山、深長的峽谷、復(fù)雜的渠道、熔巖的遺跡、甚至火衛(wèi)一和火衛(wèi)二的表面——在水手9號(hào)的幫助之下，火星和兩顆火衛(wèi)的大部分面目，終于一一暴露在了地球人的視野之下?；鹦亲顗延^的水手峽谷，就是以水手9號(hào)命名的。

水手9號(hào)拍攝的火星表面和火衛(wèi)一。© NASA [6]

踏上火星

環(huán)繞探測(cè)固然能為我們提供火星近乎全球的整體信息，但實(shí)地考察的重要性也不可替代。沒有什么比真正踏上火星表面，近距離探測(cè)火星更讓人類心馳神往。

1975年火星發(fā)射窗口里，NASA先后發(fā)射了孿生機(jī)海盜1號(hào)和海盜2號(hào)（Viking）。每艘海盜號(hào)都由環(huán)繞器和著陸器組成，環(huán)繞器進(jìn)入環(huán)火星軌道飛行了一段時(shí)間后才擇機(jī)釋放著陸器。

海盜號(hào)著陸器采用了最最傳統(tǒng)的降落傘+反沖火箭的著陸方式，和后來的鳳凰號(hào)、洞察號(hào)如出一轍。

海盜號(hào)1號(hào)/2號(hào)軌道器和著陸器。© NASA

1976年7月20日和9月3日，短短一個(gè)半月間隔里，海盜1號(hào)和2號(hào)的著陸器相繼踏上火星遙遙相對(duì)的兩片土地：克律塞平原和烏托邦平原。

海盜1號(hào)和2號(hào)著陸點(diǎn)。底圖：MGS

它們不僅是美國第1、2個(gè)成功著陸火星的探測(cè)器，也是人類頭兩個(gè)成功著陸火星并順利開展工作的探測(cè)器。

第一張?jiān)诨鹦潜砻媾臄z的照片▼

1976年7月20日，海盜1號(hào)著陸幾分鐘后拍攝傳回。© NASA/JPL-Caltech [7]

第一張火星表面拍攝的彩色照片▼

1976年7月21日，海盜1號(hào)著陸器拍攝，紅色的表面可能是褐鐵礦（水合氧化鐵），這種礦物在地球上是水和氧化性大氣環(huán)境下的產(chǎn)物。© NASA/JPL-Caltech/PIA00563

盡管嚴(yán)格來說，蘇聯(lián)的火星3號(hào)才是第一個(gè)成功軟著陸火星表面的探測(cè)器，但非常遺憾的是它在著陸僅20秒后就迅速失聯(lián)，沒能順利開展探測(cè)工作，連拍攝的第一張照片都沒能傳全乎 [8]。

火星3號(hào)著陸器傳回的唯一一張“照片”。© 蘇聯(lián) [8]

沒有人知道火星3號(hào)著陸器攜帶的火星車是否成功釋放，是否在火星上走上過幾步。

有一說一，這個(gè)命運(yùn)不可知的火星車動(dòng)起來還是蠻靈的：火星車（×）火星狗（√）。來源：SpaceLin [9]

海盜號(hào)的兩艘環(huán)繞器也各自精彩。它們?cè)谌蝿?wù)期間拍攝了大量火星以及兩顆火衛(wèi)表面的高清照片，質(zhì)量遠(yuǎn)勝于之前的水手9號(hào)任務(wù)，覆蓋率更是高達(dá)火星表面積的97%，再一次刷新了人們對(duì)火星表面的認(rèn)識(shí)。

由海盜1號(hào)環(huán)繞器拍攝的102張照片拼接而成，中間可見清晰的水手號(hào)峽谷，左邊緣可見火星著名地標(biāo)“三顆紐扣”——塔爾西斯盾狀火山群。編號(hào)：MG07S078-334SP

海盜號(hào)的成功標(biāo)志著美國在太空競(jìng)賽火星賽場(chǎng)上的壓倒性勝利，此后，美蘇都陷入了長時(shí)間的沉寂。