新民·科技前沿｜从科幻到现实，永不停歇的火星探索

【编者的话】

备受瞩目的中国行星探测工程“天问二号”探测器，已在西昌卫星发射中心完成技术区总装、测试、加注等工作后，顺利转入发射区，计划5月底择机实施发射，开启宇宙之旅。

它的前辈“天问一号”出色完成了火星环绕、着陆和巡视等火星探测任务，其继任者“天问三号”也将开展火星采样返回任务。启程在即的“天问二号”，肩负着近地小行星伴飞、取样、返回以及主带彗星伴飞探测等多项任务。有评论指出，虽然不赴火星，但“天问二号”将为“天问三号”采样返回任务进行关键技术验证。一旦成功，中国将成为世界上首个实现火星采样返回的国家。火星究竟哪来的魅力，吸引着世界各国竞相前往？

“祝融号”火星车在火星表面行走 （资料图）

火星，这颗距离地球最近的行星之一，自古便激发着人类的想象力。早期，因其颜色偏红，异于其他星球而引人注意。后来，发现其与地球相似，因而持续吸引人类前往探索。天文学家一直在推测，火星上是否有生命存在，是现在有，还是过去的某一时期有？

上世纪六十年代以来，各国探测器飞越、环绕火星，并在火星表面着陆和巡视。这些一去不复返的航天器，不仅记录了技术的进步，也折射出人类探索未知的永恒渴望。如今，火星探测正在向采样返回、载人登陆方向迈进，未来可能成为人类文明的“第二家园”。

从神话到科学

■ 望远镜观测终结火星神话

火星在夜空中时隐时现，呈现特殊的红色。这个神秘的天体在人类文明早期便占据重要地位。古埃及人称其为“红色之星”，罗马人将其与战神马尔斯（Mars）联系起来。中国古代将火星称为“荧惑”，“荧惑守心”的天象被视为灾难将至的象征。汉代天文学家张衡在《灵宪》中记载了火星的逆行现象。直到17世纪，火星仍被赋予宗教或神话色彩。

1610年，伽利略用自制望远镜首次观测火星，但仅能分辨出模糊的红色圆盘。1659年，荷兰天文学家惠更斯首次绘制火星表面草图，测得火星自转周期约为24小时。英国天文学家威廉·赫歇尔经过长期观测，推测火星存在大气和季节变化，两极可能存在冰冠。

■“火星运河和文明”猜想

1877年，意大利天文学家乔凡尼·夏帕雷利观测到火星表面的线性结构，将其称为“canali”（意大利语“沟渠”，指的是各种自然作用形成的水道），在英语世界被误译为“运河”，引发“火星文明”的狂热猜想。美国天文学家洛厄尔进一步推波助澜：在1906年出版的《火星及其运河》中，宣称“运河”是智慧生命建造的灌溉系统。洛厄尔为这颗濒死的行星描绘了一幅热闹非凡的图景：火星居民建造巨大的运河灌溉系统，把水分配给火星赤道附近的人口聚居区。然而，很少有天文学家接受这一推断，此后的天文望远镜观测也未有证实。尽管如此，洛厄尔这一说经广泛传播，仍催生了大量科幻作品，如威尔斯创作的科幻小说《星球大战》。

■ 美苏太空竞赛

1960年，苏联发射人类首个火星探测器“火星1A号”，但因火箭故障失败。此后十年间，苏联11次发射尝试，只有“火星3号”着陆时传回20秒信号。

美国后来居上，取得一系列重要突破。1964年，“水手4号”首次成功飞越火星，传回21张照片，展现出火星布满陨石坑的荒凉景象。1971年，“水手9号”成为首个火星人造卫星，绘制全球地图，发现太阳系最高火山奥林匹斯山和长4000公里的水手峡谷。1975年，“海盗1号”和“海盗2号”实现首次软着陆，分析了土壤成分并传回气象数据，在探测有无生命存在的实验中没有发现任何高级生命痕迹，结果导致长期争议。

■ 航天新时代

科学家重新定位火星探测的科学目标，从“寻找生命”转向系统研究火星地质与气候历史，取得了一连串的成果：1996年，美国的“火星全球勘测者号”绘制精度地形图，发现古代河床痕迹。2003年，“机遇号”与“勇气号”发现赤铁矿和古代湖泊沉积物，证明火星曾存在液态水。2012年，“好奇号”在盖尔陨石坑检测到有机分子，揭示火星可能具备微生物生存条件。2021年，“毅力号”火星车采集岩石样本、实验制氧技术，“机智号”无人机完成火星首飞。我国的“天问一号”实现了“绕、着、巡”一步跨越，“祝融号”发现水合矿物，为火星中低纬度地区曾存在古代海洋提供了极为重要的证据。

火星探测带动技术突破

■ 从硬着陆到精准控制

火星大气仅为地球1%，气动减速不能只靠降落伞。美国宇航局开发“空中吊车”系统，用于“好奇号”火星车登陆。“毅力号”火星车采用激光雷达与视觉导航，在着陆前实时比对地形，误差控制在40米内。我国的“天问一号”，则是融合气动减速、降落伞和反推发动机，实现复杂地形自主避障。

■ 从太阳能到核动力

沙尘暴可覆盖电池板，导致能量骤降，如“机遇号”火星车因沙尘暴失联。“好奇号”和“毅力号”火星车用放射性同位素钚-238衰变供能，不受光照限制，但成本高昂且原料稀缺。

■ 原位资源利用

“毅力号”搭载的MOXIE设备，成功从CO₂大气中提取氧气，效率达每小时10克，为未来人类呼吸和火箭燃料制备奠定基础。通过在火星极地部署钻探设备，可以提取水冰，以生产饮用水和氢氧燃料。从火星土壤中提炼金属，生产各种结构材料，作为建筑和辐射防护，都需要原位利用火星资源。

火星移民还有多远

或许还需要很多年，才能看到太空探险者在这颗红色星球上漫步，但几乎所有的科学家都相信，这一天终会到来。

■ 短期目标（2030—2040年）

（1）火星采样返回。NASA与欧空局合作的“火星样本返回计划”预计2033年将“毅力号”采集的岩石送回地球，解析生命痕迹与地质历史。我国“天问三号”计划2030年前后实现自主采样返回。

（2）载人登陆准备工作。美国宇航局阿尔忒弥斯计划通过重返月球验证深空居住舱、辐射防护等技术。SpaceX开发的星舰计划2030年运送首批宇航员，建设临时基地。欧空局寻求ExoMars任务新合作伙伴。

■ 中期目标（2040—2070年）

（1）永久基地建设。科学家计划利用3D打印技术，用火星土壤（风化层）打印防辐射建筑。但银河宇宙射线（GCR）可穿透现有舱体，需开发新型屏蔽材料（如聚乙烯—水凝胶复合材料）。科学家还将通过实验封闭式农业（如种植转基因土豆），实现氧气与食物的部分自给。

（2）火星地球化探索。计划开展大气增厚实验，释放地下CO₂或合成全氟化碳（PFCs）增强温室效应，提升地表温度。他们还计划创造人工磁场，在火星与太阳间的拉格朗日点部署磁盾，偏转太阳风以保护大气层。

■ 长期愿景（2070年后）

利用熔岩管洞穴建造地下城市，抵御辐射与极端温度。开采铁、硅等资源制造工具，减少对地球的依赖。接下来，将火星作为深空跳板，利用其低重力（地球38%）降低前往小行星带的能源成本。与此同时，低重力导致肌肉萎缩、视力损伤，需人工重力舱或基因编辑干预。

人类文明新家园

从伽利略的望远镜到“祝融号”的车轮，人类对火星的探索史是一部技术与想象交织的史诗。每一次失败与成功都在重塑我们对宇宙和自身的认知。未来，火星或将成为人类跨行星生存的试验场，而这段探索历程，终将证明文明的边界，永远在于超越已知的勇气。

当第一代火星婴儿诞生时，人类或将真正成为“多行星物种”，在红色星球上续写新的篇章。

更多内容详见5月27日新民晚报第9版“科技前沿”

【作者简介】

郑永春，博士，研究员，深圳科学技术馆馆长、深圳理工大学特聘教授、中国科学院国家天文台研究员、华东师范大学中小学地理国家教材建设重点研究基地兼职研究员、中国科学技术大学兼职教授、义务教育科学课程标准修订组成员，主要从事太空探索与科学教育研究。

走遍全国33个省市自治区的500多所大中小学、科技馆、图书馆，培训中小学教师近万人，青少年科普报告听众达数千万人次，被孩子们亲切地称为“火星叔叔”。在国内外重要期刊发表学术论文50余篇，发表科普文章400多篇，著有《太空探索通史》《从无穷小到无穷大》《神奇的新能源》《科学原来这样学》《浩瀚的宇宙密码》《火星零距离》《飞越冥王星》《太空地图》等20多本科普图书。被授予首批科普中国形象大使、中国首次月球探测工程圆满成功有功人员奖、探月工程嫦娥二号任务突出贡献者奖、全国十大科学传播人物、美国天文学会卡尔萨根奖、中国科学院院长奖等。

原标题：《新民·科技前沿｜从科幻到现实，永不停歇的火星探索》

栏目编辑：王蕾 文字编辑：董纯蕾 题图来源：新民晚报制图 图片来源：中国载人航天工程办公室

来源：作者：郑永春