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全盛序幕

1996年底，NASA火星全球探勘者號（MGS）環(huán)繞器發(fā)射成功，次年進(jìn)入環(huán)火星軌道。在長達(dá)9年的火星歲月里，這顆探測器取得了諸多令人驚嘆的科學(xué)成就。

火星全球探勘者號工作的藝術(shù)想象。© NASA/JPL

它用激光高度計(jì)獲取了迄今為止分辨率最高的火星全球地形數(shù)據(jù)（MOLA），至今仍是各種科學(xué)探測和研究的重要參考。

火星全球勘探者號獲取的火星地形圖，越紅越高，越藍(lán)越低。© NASA/MOLA [10]

通過這些地形數(shù)據(jù)，科學(xué)家們讓火星北半球低地中許多被掩埋的古老撞擊坑和盆地“重見天日”，這意味著火星看似平坦的北部低地其實(shí)并不比撞擊坑遍布的南部高地年輕，反而更加古老。

火星全球勘探者號（MGS）MOLA地形數(shù)據(jù)揭示的“隱藏”撞擊坑。來源：參考文獻(xiàn) [11]

它發(fā)現(xiàn)了數(shù)百處流水形成的沖溝，這意味著火星表面可能在不久的過去還有過液態(tài)水流動。

火星全球勘探者號MOC相機(jī)拍攝的火星表面的沖溝。© NASA/MOC

……

火星全球探勘者號正式開啟了這后三十年火星探測的全盛時(shí)代。自此，對火星進(jìn)行全方位、更深入的科學(xué)探測成為各國火星探測的核心目標(biāo)。

火星“飚”車

1997年，火星探路者號著陸器帶著人類第一輛火星車旅居者號成功登上火星表面。作為NASA第二屆“發(fā)現(xiàn)級”項(xiàng)目“成員，“更快、更好、更便宜”是它們的立身之本。

正在被折疊“打包的火星探路者號著陸器和旅居者號火星車。© NASA/JPL [12]

更輕、更小的火星探路者號首次使用氣囊來完成降落傘之后的緩沖減速，然后類似我國的嫦娥三號/四號，在著陸成功之后釋放火星車旅居者號。

被塞入氣囊之中的火星探路者號和旅居者號，在著陸火星的最后階段借助氣囊多次彈跳來實(shí)現(xiàn)緩沖，最終安全停留在火星表面。© NASA/JPL [13]

盡管兩個(gè)著陸任務(wù)僅僅工作了三個(gè)月（但已超過設(shè)計(jì)壽命），火星車僅累計(jì)移動了約100米，但火星探路者號和旅居者號作為探索火星的“先頭部隊(duì)”，為后續(xù)NASA的火星著陸任務(wù)驗(yàn)證了技術(shù)、開辟了道路。

石頭左邊的那個(gè)小家伙就是旅居者號，僅重10.5公斤。© NASA/JPL  [14]

尋水而來

二十一世紀(jì)悄然來臨。2001發(fā)射窗口里，NASA將環(huán)繞器火星奧德賽號送往火星。

火星奧德賽號工作示意圖。© NASA/JPL [15]

火星奧德賽號的重大成就之一是它搭載的伽馬射線譜儀（GRS）首次在火星上探測到了氫的存在，間接證實(shí)了火星地下含有水冰 [16]。

火星奧德賽號的伽馬光譜儀測量的火星全球超熱中子量分布，越紅越高，越藍(lán)越低。因?yàn)槌瑹嶂凶颖粴湓勇男首罡?，所以觀測到的超熱中子量越低就代表氫的富集度（水冰含量）越高，白線劃定的區(qū)域被認(rèn)為地表80厘米以下有穩(wěn)定存在的水冰。圖片來源：參考文獻(xiàn) [16]

這艘探測器至今仍在一圈一圈環(huán)繞著火星進(jìn)行科學(xué)探測，同時(shí)還為火星上的著陸任務(wù)提供通訊中繼，它是目前為止所有的火星探測器里最超長待機(jī)的一個(gè)。

火星奧德賽號為著陸任務(wù)提供通訊中繼示意圖。© NASA/JPL [15]

2003發(fā)射窗口，歐空局發(fā)起了對火星的首次嘗試，將環(huán)繞器火星快車號和著陸器小獵犬2號送往火星。

火星快車號（三根天線是測地雷達(dá)）和小獵犬2號藝術(shù)想象。© ESA

火星快車號絕對稱得上首戰(zhàn)成名，雖然小獵犬2號著陸后失聯(lián)了，但絲毫不妨礙火星快車號一路開掛的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

火星快車號搭載的可見光與紅外線礦物光譜儀OMEGA在火星表面多處檢測出了粘土（也就是水合層狀硅酸鹽）等水合礦物，表明火星表面在很久以前很可能有大量液態(tài)水流過 [17]。

OMEGA探測到的火星水合礦物分布。© ESA/CNES/CNRS/IAS/Université Paris-Sud, Orsay; NASA/JPL/JHUAPL; 底圖：NASA MOLA [17]

火星快車號的測地雷達(dá)MARSIS更是首次在火星地下發(fā)現(xiàn)了疑似液態(tài)水湖 [20]。（詳見：這一次，我們在火星找到了冰下湖？）

疑似冰下湖的位置（對應(yīng)著高反射強(qiáng)度，圖中藍(lán)色區(qū)域）。來源：ESA和參考文獻(xiàn) [18]

火星快車號眼中冰封世界，宛若仙境▼

水冰覆蓋的科羅廖夫撞擊坑，由火星快車號的HRSC相機(jī)影像和數(shù)字高程模型共同生成。© ESA/DLR/FU Berlin

NASA在這個(gè)賽季也同樣輝煌：孿生機(jī)勇氣號、機(jī)遇號火星車相繼成功發(fā)射，并在2004年1月相繼著陸在火星遙遙相對的古謝夫撞擊坑和子午平原，它們的目標(biāo)是探尋火星上的水。

勇氣號和機(jī)遇號火星車。© NASA/JPL [19]

由于只能通過太陽能板供電，勇氣號和機(jī)遇號原本的設(shè)計(jì)壽命只有90天。然而，誰也沒有想到，原本被視為災(zāi)害的火星塵卷風(fēng)卻時(shí)不時(shí)幫它們清除了太陽能板上的灰塵，讓它們能夠活力四射地繼續(xù)工作了好多年。勇氣號和機(jī)遇號的探測結(jié)果進(jìn)一步證明火星曾經(jīng)有過溫暖濕潤的環(huán)境，那時(shí)候的火星或許是適宜生命存在的。

機(jī)遇號發(fā)現(xiàn)的“藍(lán)莓”（赤鐵礦結(jié)核）和石膏脈（水合硫酸鈣礦物），均是火星曾有過溫暖濕潤環(huán)境的證據(jù)。© NASA/JPL

2007年，NASA鳳凰號著陸器發(fā)射升空，次年降落在火星北極一帶，是目前人類最北的火星著陸任務(wù)。鳳凰號和后來的洞察號著陸器采用的都是傳統(tǒng)的反沖火箭著陸方式，而且兩者在外形上也有直接的繼承。

過于相似.jpg © NASA/JPL

挖土小能手鳳凰號不負(fù)眾望，很快就在著陸區(qū)一帶的土壤下挖出了高純度水冰，堪稱“火星有水”的一記實(shí)錘。

（左）鳳凰號工作假想圖；（右）鳳凰號挖出的水冰，注意左下角新挖出的水冰4個(gè)火星日后揮發(fā)消失了。© NASA/JPL