天问一号的目标火星,是地球的表亲还是

作者丨[美]马克·考夫曼

摘编丨安也

7月23日12时41分,“天问一号”探测器在中国文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空,随后把“天问一号”探测器顺利送入地火转移轨道，标志着中国首次火星探测任务(天问一号任务)正式实施。

据报道，这次任务将迈出我国行星探测第一步，探测的目的是一次实现绕着巡3个目标：即对整个火星全球观测，成功着陆火星，以及火星车进行巡视勘测。整个飞行过程将经历6个飞行阶段：发射段、地火转移段、火星捕获段、火星停泊段、离轨着陆段和科学探测段，其中，“天问一号”将在地火转移段飞行约7个月。

作为太阳系八大行星之一，一直以来，火星对于我们有着极大的吸引力：火星是太阳系内与地球特点最为接近的行星，它和地球一样拥有多样的地形，有高山、平原和峡谷，也是太阳系中唯一还存在有水资源的星球，并且与地球有着相似的自转周期——这些都让我们对火星充满了期待，以至于在众多科幻作品中，火星都是人类移民太空的首选目的地。

人类使用空间探测器对火星进行探测的历史可以追溯到上个世纪60年代，到目前为止，全球已有40余次火星探测活动。受天体运行规律约束,火星探测窗口每隔26个月出现一次，每次只有短短几周，在这期间，太阳、地球和火星成一条直线，地球与火星之间的距离最短，甚至不到万公里（最远4亿公里），今年就恰逢“宝贵”的火星探测发射窗口期。下一个火星发射年则是年。自年以来，几乎每个发射窗口都有火星探测器发射。

人们显然对火星情有独钟。特斯拉（Tesla）首席执行官埃隆·马斯克（ElonMusk）曾表示：“未来几十年内，我计划到火星旅游并定居。”以至于人们将他称为是“想在火星退休的人”。马斯克的梦想不止于此，他还对更多的人们发出邀请：“如果你热衷与众不同的体验，我希望有一天也能带你上火星。”SpaceX的诞生正基于此。

“人类应该去火星旅行，而且在我们有生之年就可以做到。”基于这样的信念，马斯克给自己定了一个目标：学习火箭科学知识、走访世界各地相关领域的专家，并重新思考制造火箭和太空舱的方法。在他看来：“前往火星是一项伟大的成就，但短暂拜访这颗星球并不足以自豪，不去则已，去就一定要做出一些成就。”他这样描述着自己的期待：“每次想到去火星，我想到的是建造塞满太空食品的温室、铁矿石精炼厂，还有比萨店。”

这幅示意图显示的是和平谷地区年左右的模样，火星车曾经造访的地方已经开始有人类定居。

“天问一号”的火星之旅显然还有很长，在此之前，我们也许可以阅读一些来自其他和火星以及火星探测器有关的故事。在科普作家马克·考夫曼所著的《国家地理火星零距离：好奇号火星探索全记录》一书中，记录了从年好奇号探测车升空，到首批实地拍摄的火星影像，再到显示火星曾有水体存在的最新线索……这些好奇号的探索成果也许可以带来某种启发。

对于地球而言，火星到底意味着什么？地球上的生命有没有可能来自火星？火星在遥远的过去发生了什么，使得原本温暖潮湿的地方变得又干又冷？为什么有那么多人想要实现人类登陆火星？进行长期的火星与载人航天计划，真的值得吗？

以下内容节选自科普作家马克·考夫曼所著的《国家地理火星零距离》一书，已获得出版社授权刊发。

《国家地理火星零距离：好奇号火星探索全记录》，[美]马克·考夫曼(MarcKaufman)著，姚若洁译，未读丨北京联合出版公司年2月版。

40亿年前的火星真的和地球一样吗？

不抗拒的话，火星就会勾一勾你。它会像地心引力那样吸引人的想象力。也像地心引力一样，质量小时力量也小。但距离越近，引力就越强。

多年来，火星给人的主要印象是干燥的红色大地，表面寒冷而充满辐射，大气层稀薄得几乎不存在。我们已经习惯于把火星想成外星球，和地球很不一样，而且不怀好意，所以愤怒的战神以火星为名，长着绿色大头和长腿的火星人会侵略地球。

有那么多人想要实现人类登陆火星，一直让我觉得不解。我常常会有一个念头：为什么？

但令人惊讶的是，事实与一般对火星的想法正好相反。现在的火星的确是不适合生存的地方，但我们看到的只是时间之流中的一个小点。就像地球，以及我们宇宙中绝大多数的事物一样，火星经历过演变。虽然演变的方向和地球不同，但它是经历过戏剧性的转变，才变成一个又干又冷的行星。然而它的早期很可能是潮湿而温暖的。

也就是说，我们现在几乎可以肯定：如果在40亿年前有一艘飞船着陆在火星上，它的样貌与运作方式很可能和地球很像—不过当然是指刚要开始孕育最原始生命的地球。我们知道两颗行星形成的时间差不多，都在45亿年前，而且两者都位于我们太阳系的宜居带，不太热也不太冷，有着可以维持液态水存在的温度。

火星在热腾腾的状态下出生，之后渐渐冷却，并承受长时间的小天体撞击，之后就像地球一样逐渐稳定下来。火星表面有流动的河流与静止的湖泊，大气层还算厚，周围也有磁场的保护，而且好奇号科学家得到结论，某些地方完全适于生命的存在。它不算是地球的双胞胎（因为距离太阳太远），但至少可以算是地球的表亲。所以，要接受火星的全貌，也必须接受“时间”这个因素。

对我来说，这是好奇号任务给我们的礼物。好奇号的发现，为火星在几十亿年间的蜕变做了澄清与记录，它经历的改变和地球一样剧烈，但有非常不同的演化结果。这样的理解促使我们从天文时间来思考：我们现在看到的一切经过了数十亿年的发展，而地球只是宇宙无数行星中的一颗。想想从黄刀湾第一次钻凿出的粉状岩石样品。它不像今天火星表面展示出的红色，而是灰绿色或灰蓝色。原来这颗红色星球以前不是红色的。今天的红色只是火星演化的一个阶段，氧化铁（铁锈）在这个阶段占有优势。很久以前，火星的颜色并不比地球更红。

火星既干又冷，但看起来已经不再那么荒芜—好奇号揭露了火星的遥远过去。这些岩石露头和地球上的有点类似，这是必须在有水的情况下才能形成的地形，代表火星曾经留得住水。

地球也经历过类似的巨大变化，只是我们视之为理所当然。以氧为例，我们知道氧对多数生命非常重要，但它其实也是有毒物质。早期和中期的地球没什么氧气，这对当时的生物来说是很好的条件。但海洋中的光合作用细菌产生的氧越来越多，生物开始适应氧的存在后，地球上的生命才出现大爆发。

所以行星就像活的生物，也会演化。它们可能像地球一样朝向更复杂的方向演化，或者失去复杂度。看起来这正是发生在火星上的情况。从地质或天文时间来看，失去复杂度不见得有多重要。更重要的是过去曾经有比较高的复杂度。在火星上，这代表我们要了解的是早期那段适合生命生存的时期，了解那个给当时的“演员”演出的舞台，无论那些“演员”多么微小，或者多么原始。那是个充满任何可能的世界。

有些人想象未来火星可能地球化：从目前的严酷环境变成未来较像地球的模样，而它以前可能就曾经是那样。

火星在早期就发生了巨变，使这些潜在的“演员”几乎没有机会演化得比单细胞生物更复杂。但从寻找地外生命的角度而言，这并不十分重要。当然，如果可以在火星上找到较复杂的生物，会非常令人振奋，但生物的复杂程度并不是最主要的突破，毕竟生命是演化来的，而我们对演化已经有相当的了解。

而依然成谜的，则是生命的起源，创世纪的那一刻。如果在火星与地球上都有过生命的诞生，那我们对整个宇宙的认知会产生十分重大的改变。还记得那环绕着数千亿颗恒星运转的数千亿颗行星吗？其中许多行星的轨道也位于它们所在的星系的宜居带，可能有液态水的存在。而有机物和生命所需的化合物也都会不断从太空中降落在这些行星上。

如果生命在同一个太阳系里诞生了两次（地球与火星），而这个太阳系又不是非常特别，那么在那么多别的行星上有生命诞生的可能性就大为增加。我们目前还无法拜访那些遥远的地方，但我们已经登上火星，也进行了十年的生命搜寻。已有大量线索指出火星上曾经有生命，甚至现在说不定还存在于表面底下，我们的风险不低，但收获也将会是巨大的。

地球上的生命有没有可能来自火星？

另外一个诱人的可能性是，火星未来会帮助我们解答的，将不只是地球以外的生命问题，而是地球本身的生命如何诞生的问题。

火星上有大片区域被很久以前的火山熔岩覆盖，不过也有很多地方不曾经历那样的改变，比较接近40亿年前的样子。扫去那层红色的沙尘往下挖，超过宇宙和太阳射线可以达到的深度时，我们得到的火星样貌，会很接近地球上生命正要开始时的样子（或许那时火星上也有生命正要开始）。

在地球上，那个时期的地质记录早就消失了。板块运动让表面的地层移动、下拉，抵达地底的火山后再重新喷发。岩石、矿物、有机物或许最后会回到地表，但已经永远改变。地球在38亿到40亿年前提供生命诞生的条件永远无法复制，我们也没机会真正了解。

在火星上几乎没有任何类似的板块运动迹象。岩石会有限度地通过火山“回炉”，但表面不会被拉到地底去进行改造。还有，火星并未像地球一样被生物改造。生物会与岩石、水、大气相互作用，使之改变，同时也把38亿到40亿年前生命诞生时的条件隐藏起来。火星上即使有过生命，也应该是构造简单的类型，而且种类不可能太多，所以火星从来没有机会发生像地球一样的改变。

这种称为小蓝莓的小球，直径最大3厘米，是氧化铁矿物“赤铁矿”的成分。这是由机遇号火星车发现的，或许看起来像某种生命形式，但最有可能是由地质营力形塑而成。

因此，在好奇号团队中有一些科学家，实际的专长是对早期地球的研究，也就不足为奇了，他们也要对行星变化各方面的知识有所了解。这个想法或许很奇特，关于火星早期条件的发现，有朝一日可能帮助我们了解生命在地球上是如何开始的。然后还有“胚种说”（panspermia）—地球上的生命有没有可能来自火星。这个假说已经存在了一段时间，但最近得到一些证据支持。提出这项假说的是备受尊崇的史蒂文·本纳（StevenBenner），他是研究生命起源的化学家，任职于佛罗里达州的威斯特海默科技研究所（WestheimerInstituteofScienceandTechnology）。他在意大利的地球化学年会上发表了自己的看法。他与其他“合成生命”领域的科学家一直无法从无生命物质中创造出生命。科学家对生命起源的了解虽然有所进展，但一直遭遇着巨大的困难。

困难之一和RNA中的核糖（许多科学家已经认为RNA在生命诞生最早的阶段扮演中心角色）有关，当科学家试图在水中构造核糖时，核糖会分解。但水同时也被认为是生命的必要物质。而单链RNA被认为是后来形成双链DNA时的必要角色。对本纳和这个领域的科学家来说，这是重大的难题。

经过许多年的研究，本纳发现有一个化学元素可以让水中的核糖不被破坏：以某种形式存在的硼。虽然地质学家说在早期地球上没有那么多硼可以让RNA在地球各处形成，但在早期火星的硼含量却丰富得多。关于火星上硼的存在，有一个证据来自最近的陨石，分析显示这颗陨石把硼从火星带到了地球。本纳在实验室中也发现，如果加入钼元素，因硼而稳定的化合物会重新排列成稳定态的核糖—rRNA。同样，钼元素在早期火星比早期地球含量更多。

所以问题来了：是不是火星上的RNA引导出以DNA为基础的生命？这些生命形式是否又因为小行星撞击火星，而随着飞散的岩石抵达地球？“基本上，我们之所以会去火星上探索，因为地球上生命起源的条件并不好。”本纳说，“目前的证据在我看来，我们确实有可能都是火星人，被小行星击中后飞出的石头，把生命从火星带到地球。”结果，我们的表亲行星竟有可能也是我们的母星。

高分辨率成像科学实验相机（HiRISE）的主要焦点是蚀沟中的活动，如新的沉积物。盖尔撞击坑中的新沉积物呈现蓝色，影像经过色彩加强。

对我来说，探索火星或甚至把航天员送到火星的科学说服力，已经越来越强了。需要探讨的科学问题并没有变得更大或更引人注目。就像JPL的金特里·李所说的，在火星上找到可以确认的古代生命（或者较近代的生命）迹象，会是人类历史上最重要发现的前几名，甚至是唯一最重要的发现。这虽然只是个人观点，但并不容易驳倒。

还有另一个同样重要的相关问题：火星在遥远的过去发生了什么，使得原本温暖潮湿的地方变得又干又冷？目前理论探讨的重点集中在火星磁场的消失，很久以前消失的大部分磁场本来可以维持大气层的存在，进而维持温暖湿润的条件。磁场的遗迹可以在磁化的岩石中找到，绝大部分都位于改变较小的南半球。

火星的直径大约是地球的一半，内核更小，而内核是熔融的铁与其他元素的混合，在一些行星上可以产生并支持磁场。在科学家看来，内核较小，表示火星的磁场一直都比地球弱。但它就这样越变越弱吗？还是曾有小行星撞上火星，使得内核不稳定，导致磁场被破坏？或者完全是另一回事？唯一能够肯定的，是这个巨大的变化发生在火星早期，并使火星越来越干冷。而另一方面，我们地球的行星状态稳定，一直保有磁场，保有大气层，也一直保有适于生存的环境。我们实在很幸运。

火星是地球的“表亲”还是“母亲”？

科学家开始考虑如何把火星岩石带回地球上。同时，轨道器会以更高的分辨率继续确认火星表面的地形、矿物组成，以及热性质。人类的因素就在火箭成功发射，好奇号往火星出发之后，我接到潘·康拉德（PanConrad）的电话，非常兴奋地通知我这件事。她是火星样品分析仪（SAM）的副首席科学家，也是我的朋友。她在几年前就已经告诉我，她像准备参加奥运会那样准备这个任务，进行专业与体能上的训练。

我每隔一段时间就会到戈达德空间飞行中心去拜访在那里工作的潘，她另外也在JPL主持一些科学工作小组会议。我们会聊到好奇号任务，我问她，那是不是真的像奥运会？还有，她觉得自己训练得充不充分？她回答我，这比奥运会还棒，因为可以持续这么久。当然不会总是维持在发烧般的兴奋状态，但已经足够让人常常感到刺激。那么，现在变成了马拉松，她的准备还可以应付吗？不够，她说。她应该做更多的训练。

我和好奇号的工程师、科学家、主管谈话时，常会想起潘的热情与投入。他们都相信自己有幸参与的好奇号任务十分重要，也认为这可能是一生仅有一次的机会。他们自觉对任务的成功有责任，很多人也因此把一切都奉献给好奇号。

当然，团队内也时常发生冲突，会有人放马后炮，也会出现令人气馁的状况。空中起重机的策略是不是考虑得太多了？好奇号是不是应该直接开往夏普山，而不是绕道黄刀湾？SAM到底能不能找到有机物的决定性证据？为什么火星车没能行驶得像计划中那么快？随着时间流逝，有些参与者转到其他工作，或者回去过比较平淡的日子，火星科学奥运会在他们的生活中也不再占据那么大的比例。但毫无疑问，大多数人回到他们原来的工作、家庭与所属的群体时，会因为曾经参与过成果如此丰硕的重要计划，而具备了更宽广的视野。

轨道器会以更高的分辨率继续确认火星表面的地形、矿物组成，以及热性质。

如雪片般出现的大量科学论文证明了好奇号项目的规模与重要性。到年底，《科学》已经发表了16篇关于好奇号的论文。我们这位“表亲”（还是“母亲”？）的故事一般就是这样来的，看起来就像一个个晦涩又扑朔迷离的片段。但情节主线却十分清楚又引人入胜：火星的过去与现在非常不同，而且和地球很像。这个任务不只凸显出火星的吸引人之处，它还清楚地说明了我们对这个星球的探索和分析才刚刚开始。我们无法解答的问题，远超过我们可以回答的问题。而即使是有这么有能耐的好奇号，也完全无法处理众多我们最想知道、最重要的谜团，甚至都无从下手。

如果我们真的要挖掘、揭示、了解火星的过去，就必须执行更多的火星任务。然而火星任务十分昂贵。让好奇号抵达盖尔撞击坑，执行任务将近两年，花费约26亿美元。接下来的几个任务花费会少得多，但如果要把火星岩石带回地球，或者最后把航天员送上火星，所需要的花费，比好奇号任务的成本高出许多。马斯克与其他太空创业家有信心让火星之旅的成本降低，或许只需要50万美元就可以让一个人往返火星，但这个目标属于遥远的未来。

不可避免的问题是，耗费上千亿美元进行长期的火星与载人航天计划，真的值得吗？特别是，其中大部分都是纳税人的钱。显然很多人不会对太空旅行和探索感到兴奋，也不会愿意支付这样的费用。毕竟地球本身就有许多重要问题要处理。而且前往火星天然就有风险，比目前为止所有太空活动的风险都要高。这还没算入把人类送往火星的部分。

火星真的值得花这么大的努力吗？

因为我投入好奇号任务的时间很长，所以我的答案是肯定的。在JPL感受特别明显：大家正在做一件不凡的事，面对没完没了的挑战，以及要把那么多事情做好的负担，大家都甘之如饴，因为可能取得的成果真的太大了。对于揭开火星谜底、把人类送上火星这件事，社会大众最终如何看待它的价值，是很重要的。事实上，如果无法让公众把这件事当成优先考虑事项，它是不会成功的。

火星子午线（Meridiani）地区的轨道器影像。

好奇号在这个形成共识的过程中扮演了重要角色。它已经提升了技术与科学上的标准，向大众介绍了这个适合生命存在的新火星（虽然那是很古老的事），并让我们得以通过实际操作，了解未来若要发动更大规模，甚至载人的火星任务，可能会面临什么状况。它已经获得许多重大发现，同时展现出人类有能力在非常遥远而且十分严酷的环境中操作极端复杂的机器人。

对我来说，好奇号大大提升了火星的吸引力。我们从一开始就和这个星球有所关联，两者都是从环绕着原始太阳的碎屑盘中诞生的。我们之间的距离在未来不见得会再次拉近，但很有这个可能，也很让人向往。它是一项挑战，一件奖品，一枚与众不同的时光胶囊—火星正以这样的姿态在召唤我们。

本文节选自《国家地理火星零距离》一书，较原文有删节修改，小标题为编者所加，非原文所有，题图及文中所用图片均来自《国家地理火星零距离》内页插图。已获得出版社授权刊发。

作者丨[美]马克·考夫曼

摘编丨安也

编辑丨张进

校对丨陈荻雁