2018年5月5日，美國加州范登堡空軍基地，宇宙神5號火箭搭載著一艘飛船衝出雲層，怒火點燃了黑夜，光芒劃破了長空，飛船代表地球人啟程：入侵火星！
（圖片源自@Cory Huston/NASA）
205個地球日之後，即2018年11月26日，它的核心船員，一位全副武裝的“地質學家”將在火星地表登陸，並把一根長長的探針刺入地下，火星內部隱藏的秘密將被人類一一洞悉，這位地質學家也因此得名洞察號（InSight），一個來自地球的機器人。
（洞察號在火星表面的想象圖，探針為熱流儀，另一個重要儀器為圖中左下方圓形的地震儀，圖片源自@NASA）
洞察號並非孤軍作戰，更多的機器人入侵者早已登陸多時，最早的一位於1971年到達火星地表，距今已近50年。只不過，這些機器人有的已經粉身碎骨，有的則深陷沙地、絕望求生，仍在“堅持戰鬥”的少數也是飽經風霜。
即便如此，它們仍是現今人類在地外行星上最強大的“機器人軍團”，海盜1號、海盜2號、火星探路者、鳳凰號、勇氣號、機遇號、好奇號，無一不是戰績斐然、聲名赫赫。
（火星上的著陸器和火星車分佈圖，製圖@張靖/星球研究所）
如果再加上數量眾多的飛掠和環繞火星運行的航天器，火星已是“人聲鼎沸”。
（火星航天器家族，製圖@Jason Davis/The Planetary Society）
如此多的機器人前仆後繼、集聚火星，它們是在籌劃一件大事嗎？
Ⅰ 火星的秘密
火星是離太陽第四近的行星，位於地球與木星之間，
（火星在太陽系中的位置示意圖，圖片源自@NASA）
在肉眼觀星的時代，火星在地球的夜空中呈現出比周圍星辰更加顯著的紅色，中國古人稱其“熒熒如火”。
（中間偏上的紅色亮星為火星，中間偏下的藍色亮星為角宿一，攝影師@P-M Hedén）
火星的目視亮度經常發生變化、忽明忽暗，更為詭異的是，它還會在夜空中突然逆行（Retrograde），令人難以捉摸，火星也因此得名“熒惑”。如果逆行發生在心宿（天蠍座），占星術士們稱之為“熒惑守心”，意味著皇帝駕崩或者宰相失位為大凶之兆。
（2003年6月-10月發生的火星逆行軌跡，攝影師@Tunc Tezel）
當天文學步入望遠鏡時代，1877年，意大利天文學家斯基亞帕雷利（Giovanni Schiaparelli）發現火星地表有許多線條狀的地貌，他稱這些線條為“溝渠”，但是狂熱的大眾更願意相信這些線條正是外星智慧生命開鑿出的運河，延續100餘年的“火星人”幻想就此拉開帷幕。
（1996年蒂姆·波頓執導的電影《火星人玩轉地球》劇照）
到了航天時代，從1960年起，人類的探測器開始在數千或上萬千米處抵近觀察，一個更加真實的火星被呈現出來，它擁有太陽系最大最長的峽谷之一——水手峽谷（Valles Marineris），長約4000千米、深達7千米，橫跨大半個火星，如同被上帝之劍砍削而成。
（海盜1號拍攝的水手峽谷，圖片源自@NASA）
它擁有太陽系最高的山峰，奧林帕斯火山（Olympus Mons），高度超過2萬米，是珠峰海拔的2.5倍。
（奧林帕斯火山，由火星環球勘測者號測繪的假色地形圖，火星沒有海拔的概念，山峰高度根據人為設定的基準面計算；圖片源自@NASA）
更令人興奮的是，它還擁有寬闊蜿蜒的河床，流水曾在此奔騰而去。
（火星環球勘測者號拍攝的河道，圖片源自@NASA）
這意味著，看似荒蕪的火星曾經有過溼潤的時光。人們禁不住好奇，這些水流是否也曾經孕育出欣欣向榮的生命呢？
（海盜1號拍攝的形似人臉的火星丘陵，曾被誤傳為火星人的形象，實際是光影造成的錯視，圖片源自@NASA）
地球上的科學家也開始忙碌起來，他們在南極洲發現了一塊火星隕石，編號為ALH84001，其上有類似細菌狀的化石結構，極有可能是36億年前火星上的生命遺存。
（ALH84001隕石上的結構，圖片源自@NASA）
科學界沸騰了！總統激動地在白宮南草坪發表演說：“如果此次發現被證實，它將是科學所揭示的最令人驚歎的認知之一！If this discovery is confirmed, it will surely be one of the most stunning insights into our universe that science has ever uncovered！”
火星是太陽系中最近似地球的天體，直徑約為地球的一半，自轉軸傾角、自轉週期則與地球相當，有著與地球類似的四季交替，一個火星日幾乎和地球日一樣長。如果太陽系存在地外生命，火星一定是最有可能的那個。
（地球與火星大小比較，製圖@張靖/星球研究所）
但是，想要發現外星生命，僅僅在地球上大海撈針撿拾隕石或者遠遠地圍繞著火星拍照都是不夠的，我們必須拿到最直接的證據，最好的辦法就是：派人到火星上找！
Ⅱ 出發
1969年7月20日，宇航員阿姆斯特朗邁出了他的一小步，人類僅僅用了4天時間便從地球登上了40萬千米外的月球。然而火星遠比月球更加遙遠，因為公轉軌道的不同，火星與地球的最近端相距約5600萬千米，是地月距離的140倍；最遠端更是高達4億千米，是地月距離的1000倍。
（地球、火星公轉及距離關係示意圖，黃色為太陽、藍色為地球、紅色為火星，圖片源自@NASA）
如此巨大的距離變化造成地球夜空中火星亮度差異顯著，距離近則又大又亮，距離遠則又小又暗。
（地球與火星距離與火星視覺大小變化示意，圖片源自@NASA）
同樣也是因為這種距離變化，才會讓火星“看起來”突然逆行。
（太陽系其它行星也會產生逆行，火星的逆行最明顯，圖片源自@NASA）
另一方面，在實際航行中，人類還沒有任何一個推進系統可以強大到讓飛船沿著火星與地球的最短距離行駛，我們必須沿著一條橢圓形的軌道，藉助地球的公轉速度將飛船“甩”到火星，軌道的一端與地球軌道相切，另一端與火星軌道相切，這便是著名的霍曼轉移軌道。1925年由德國數學家沃爾特·霍曼（Walter Hohmann）發現並命名。悲劇的是這條軌道長達4億千米與火星到地球的最遠距離相當。
（地球到火星的霍曼轉移軌道，圖片源自@NASA）
通過霍曼轉移軌道去往火星，僅單程就需要：6個月，比登月的4天長太多了，以20世紀人類尚顯稚嫩的航天技術，蘇聯和美國都不約而同地選擇了：機器人。
1971年5月19日、28日，蘇聯接連發射兩艘去往火星的飛船分別攜帶火星2號（Mars 2）、火星3號（Mars 3）著陸器，以及兩輛只有4.5千克的機器人。
（火星3號，上方為著陸器，圖片源自@NASA）
Prop-M火星車，它的雙腿由兩個滑板構成，可以由無線電信號在地球上遠程操控正前方的金屬條可以探測障礙物。如果登陸成功，Prop-M將成為漫遊火星的第一“人”。
（Prop-M火星車，圖片源自@NASA）
1971年11月27日，在經歷半年多的星際航行後，火星2號進入火星軌道。但此時的火星上，一場行星級的沙塵暴正在肆虐，風速高達26米/秒，塵埃在大氣中瀰漫不散長達1個月。
火星2號著陸器以每秒6千米的速度，一頭扎入風暴中，還沒有來得及向地球傳回數據便和Prop-M火星車一同消失得無影無蹤。它是第一個到達火星地表的人造物，雖然是以粉身碎骨的方式。
（2001年一場全球性的火星沙塵暴前後對比，整個星球都被蒙上一層“沙霧”，由哈勃望遠鏡拍攝，圖片源自@NASA）
火星3號的情況也不樂觀，1971年12月2日它成功在火星實現軟著陸。
十幾秒後，沙塵暴便摧毀了它的通訊系統，從此與地球失去聯繫。
然而就在這十幾秒中，它向地球傳回了來自火星地表的第一張照片，照片中似乎是火星的地表與天空，但沒有任何東西可以清楚辨認。
（圖片源自@Soviet Academy of Sciences）
科學的高峰，有時是擦乾眼淚後才攀登上去的。人類早期探索火星的任務大約2/3都失敗了，但火星始終有一種特殊的吸引力。
1975年8月20日、9月9日，美國的兩艘飛船海盜1號（Viking 1）、海盜2號（Viking 2）滿載著各種儀器向火星再次進發。
（海盜號，上方為著陸器，圖片源自@NASA）
11個月後，海盜1號著陸器開始進入火星大氣層，地球上的NASA噴氣推進實驗室一片焦灼，沒有人知道它的命運如何。
20多分鐘後，一張高清照片被傳至科學家面前，海盜1號“惡作劇”般地對著自己的腳墊區域來了一張局部“自拍”，自拍顯示它已經安全抵達且成像系統工作良好。
（有裁剪，原圖為寬幅，圖片源自@NASA）
隨後，越來越多的圖像數據以光速飛向地球，伴隨著地球人的興奮、喜悅、驚訝，火星地表的真實面貌被展現出來。這是一個空曠、貧瘠、亂石遍佈的世界，富含鐵元素的土壤因為氧化而顯得一片橙紅，連天空也被浮塵渲染，這就是地球人仰望了成千上萬年的紅色星球：火星。
（火星地表的第一張彩色照片，海盜1號拍攝，圖片源自@NASA）
著陸後的第8個火星日，海盜1號開始分析火星的土壤，3份樣品、3次實驗都檢測到了強烈的氣體釋放，這是生命存在的信號，第23個火星日，新的分析又表明火星土壤中沒有任何有機物。
矛盾，太矛盾了。
與此同時，6400千米外業已安全著陸的海盜2號也在進行著類似的實驗，結果同樣矛盾，對火星生命的勘察陷入困局。
（海盜1號採樣後在土壤中留下的溝槽，圖片源自@NASA）
之後的海盜1號、2號著陸器繼續其他方面的研究，它們使用核能作為電力來源，直到1980年4月11日2號著陸器才因電池故障失聯，1982年11月13日，一次軟件更新錯誤地覆蓋了天線指向軟件，1號著陸器也陷入了沉寂。此時它已經工作超過六年，在很長一段時間內，它都是火星地表存活最久的機器人，這一紀錄直到近30年後才被一位新秀打破。
（海盜1號著陸器拍攝的火星日落，圖片源自@NASA/Roe van der Hoorn）
Ⅲ 更酷、更帥、更好奇
1997年7月4日，一艘全新的飛船登陸火星——火星探路者號（MESUR Pathfinder），這是一次新技術的全面預演，大型安全氣囊被應用於著陸過程。
（之後勇氣號與機遇號也採用了相同的著陸方式，影片《Roving Mars》模擬了全過程，以下同）
氣囊以14米/秒的速度撞擊火星地表，第一次反彈高達15.7米，持續彈跳至少15次。
（圖片源自@《Roving Mars》）
當彈跳停止，安全氣囊排出氣體，
（圖片源自@《Roving Mars》）
再像蓮花瓣一樣打開，著陸器躍然而出，整個過程在數分鐘內一氣呵成，完美。
（圖片源自@《Roving Mars》）
蘇聯人未能完成部署的火星車機器人也在此次登陸中首次成功釋放，旅居者號（Sojourner）擁有自主式導航系統，能靈活爬過岩石，前後輪獨立操控、可以就地轉彎。雖然個頭不大，體重只有11.5千克，但相比於之前固定不動的著陸器，卻更像是一個活蹦亂跳的地質學家，可以四處漫遊尋找有價值的圓卵石和礫岩，後兩者都與水源密切相關。
（正在勘測岩石的旅居者號，圖片源自@NASA）
探路者號工作了83個火星日，之後通訊中斷，旅居者號也失去聯繫。如果它沒有損壞，想必還在執行人類提前預設的巡遊任務，東看西逛。
（正在勘測岩石的旅居者號，圖片源自@NASA）
探路者號、旅居者號的成功為更強更大的火星車鋪平了道路，2004年1月3日、25日，人類的火星入侵史上最著名的機器人雙雄出場了：勇氣號（Spirit）、機遇號（Opportunity）在大型安全氣囊的保護下相繼成功登陸火星。
（模擬圖，圖片源自@《Roving Mars》）
這是兩部雙胞胎火星車，每輛重達180千克，高1.5米、長1.6米、寬2.3米，攜帶全景相機、導航相機以及用於分析岩石、土壤的各種儀器，依靠太陽能電力，火星車可以每小時180米的速度行駛。
（勇氣號/機遇號在火星上的想象圖，圖片源自@NASA）
著陸之後，它們立即展開搜尋，從巨石表層研磨粉末仔細檢查土壤的微觀細節。2004年3月科學家宣佈，機遇號在岩石中發現液態水存在的證據。數天後，勇氣號發現了鹽層，極有可能是一條古湖岸線的遺蹟。
（勇氣號的研究對象之一，火星上的著名岩石阿迪朗達克Adirondack，圖片源自@NASA）
兩輛火星車的設計任務時間都是90個火星日，而實際上，它們的工作時長超過6年，它們曾拍攝下遼闊的火星地表全景：
（請將手機橫屏觀看，機遇號拍攝的火星毅力谷全景，最右側可見火星車的車跡，圖片源自@NASA）
曾目睹火星“月亮”的升落交替，
（勇氣號拍攝的火星衛星運動，左為火衛二，右為火衛一，圖片源自@NASA）
也曾回望地球。
（勇氣號拍攝的火星星空中的地球，這是從月球以外的行星表面拍攝的第一幅地球圖像，圖片源自@NASA）
2009年5月，奔波了5年多的勇氣號，深陷沙地、無法移動，但它仍然通過對車輪攪出的泥土的分析再次發現火星上曾存在水的證據。2010年3月，頑強的勇氣號用盡了最後的能量終結了自己的一生。
（勇氣號陷入沙地的想象圖，圖片源自@《Death of a Mars Rover》）
它的雙胞胎兄弟機遇號卻依然活力四射，一場風暴恰好吹淨了太陽能電池板上沾滿的塵土，它煥然一新、電力充沛。
（被塵土覆蓋的勇氣號太陽能電池板，機遇號的情況類似，圖片源自@NASA）
它下深坑、爬高山、越沙丘、穿平原，四處敲敲打打。截至2018年5月8日，行駛總里程已達45.16千米，創造了地球外無人探測車的最高移動里程。
從少年英姿到老驥伏櫪，機遇號還打破了海盜1號的紀錄，在火星上存活了14年，堪稱全宇宙最堅忍的地質學家。
（請將手機橫屏觀看，NASA 2015年發佈的機遇號跑完“馬拉松”的海報，圖片源自@NASA）
一代新人勝舊人，人類對火星的探索從不止步。
2008年5月25日，鳳凰號著陸器（Phoenix）登陸火星，並接連發現水冰、火星降雪。
（鳳凰號著陸過程最後一步的想象圖，當著陸器距離地面570米時，推進器啟動，避免與地面相撞，圖片源自@NASA）
2012年8月5日，歷史上耗資最貴的火星探測項目，火星科學實驗室（Mars Science Laboratory）將一輛巨大的火星車好奇號（Curiosity）送上了火星。
（三代火星車大小比較，左為勇氣號/機遇號，下為旅居者號，右為好奇號，圖片源自@NASA）
因為體型過大安全氣囊無法承載，好奇號的著陸方式再次革新，一架天空起重機（Sky Crane Maneuver）將它懸吊起來、緩緩下降。
（模擬圖，圖片源自@NASA）
好奇號甫一落地，夾鉗即剪斷繫繩，天空起重機隨即飛走。
（模擬圖，圖片源自@NASA）
現在，遼闊的火星荒原都交給了人類蓬勃跳動的好奇心。
（圖片源自@NASA）
它不需要食物，不需要水，也從不感到孤單，甚至非常善於自拍。
（好奇號自拍照，有意思的是，NASA在發佈這張照片時把它的“自拍杆”PS掉了，圖片源自@NASA）
2013年9月26日，好奇號發現火星土壤中的水分高達1.5-3%，完全可以滿足未來人類移民的需要；2014年12月16日，NASA宣佈好奇號在火星岩石中發現了有機物，這些都讓許多人相信，我們正在接近火星生命的真相。
（好奇號在岩石上取樣後留下的洞，圖片源自@NASA）
Ⅳ 人類上場
近50年的火星地表探索，機器人戰功卓著。現在，該人類上場了。
NASA宣佈將在2030年代把人類宇航員送上火星，SpaceX的埃隆·馬斯克更是大膽提出最早在2024年就會實現這一目標，而中國幾乎可以肯定也一定會實施載人登陸火星的計劃。
（人類宇航員在未來拜訪海盜2號著陸器的場景，圖片源自@NASA）
未來並不遙遠，以現今的宇航員首次進入太空時40歲的平均年齡計算，第一代火星人已經誕生，我們有生之年將親眼見證，人類成為跨星球物種！
（圖片源自@NASA）
……THE END……
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