发现新世界——成功着陆火星表面的八次探测任务 | 奔·火

作者：贾瑛卓（中国科学院月球与深空探测总体部、中国科学院国家空间科学中心）

文章来源于科学大院公众号（ID：kexuedayuan）

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火星——这颗红色的星球一直令人向往。到目前为止，人类已经有近50颗探测器飞往火星。在2020年的7月，中国的“天问一号”火星探测器和美国的“毅力号”（perseverance）火星车也将飞向火星并在火星表面着陆。

在这两次火星探测之前，美国已经有8台着陆器或火星车登陆火星，这也是人类至今所有成功登陆火星表面的探测任务。

至今为止人类成功着陆火星的8次探测任务（图片来源：NASA）

着陆点的选择一直是火星着陆探测任务的重要课题之一，备受关注。从“火星探路者号”(Mars Pathfinder)开始，NASA就成立专门委员会对着陆选址开展研究。

如何确保火星探测器的安全着陆是着陆点选择需要着重考虑的问题，安全性是首要条件。科学目标是决定着陆点的又一重要因素：“机遇号”（Opportunity）和“勇气号”（Spirit）的主要科学目标是帮助人们理解水在形成火星表面结构中发挥的作用，而“好奇号”（Curiosity）的目标是寻找并评估火星是否具备潜在的适宜人类居住的条件。科学家们根据不同的科学目标确定了各有特色的着陆点，事实证明，在这些着陆点附近，着陆器和火星车所取得的科学探测成果，无一不刷新了人类的认知，“发现新世界”名副其实。

海盗1号和海盗2号

1975年，美国向火星先后发射了“海盗1号”（Viking 1）和“海盗2号”（Viking 2）两个探测器，这是美国也是人类首次完成将航天器安全降落在火星表面并传回火星图像的任务。

“海盗1号”在火星“克莱斯平原”（Chryse Planitia）以西（22.27°N, 312.05°E）着陆，而“海盗2号”则在火星北部的“乌托邦平原”（Utopia Planitia）（47.64°N，134.29°E）定居。两次任务着陆点的选取依据主要来自“海盗1号”轨道器在轨运行第一个月拍摄的火星图像。

“海盗1号”,Camera1（上）和Camera2（下）相机拍摄到的着陆区（图片来源：NASA）

“海盗2号”,Camera1（上）和Camera2（下）相机拍摄到的着陆区（图片来源：NASA）

火星探路者号

1997年7月4日，也就是美国独立日当天，“火星探路者号”携带的“旅居者号”（Sojourner）火星车着陆在火星上一个古老的洪水泛滥平原，该地点位于“海盗1号”着陆点东南方向850公里处，被称为“阿瑞斯谷”(Ares Vallis)（19.5°N，32.8°W）。那里是一条古老的河流通道的出口处，可能有各种岩石和土壤样本供科学家进行研究。

从“火星探路者号”开始，NASA开始组织科学家和工程技术人员共同探讨研究关于火星着陆选址的问题，利用“海盗号”的探测数据和地基雷达的观测数据，科学家们提出了20多个着陆点以供选择。科学准则和工程技术能力成为选址的主要约束条件。

“火星探路者号”相机拍摄的太阳翼、着陆区和“旅居者号”（图片来源：NASA）

机遇号和勇气号

体现了美国探索热情的火星地质学家“机遇号”和“勇气号”分别在2004年初登陆火星。“机遇号”着陆在“子午线平原”（Meridiani Planum）（1.98°S，5.94W），而“勇气号”则抵达“古谢夫”（Gusev Crater）陨石坑（15°S，184.7°W）附近，这两台火星车都将寻找两个地区的环境是否曾经能够维持生命的证据。

子午线平原是位于赤道附近的平坦区域，富含灰色赤铁矿，这些矿物通常在有液态水的环境下生成，可能非常适合生命生存。

（上）“机遇号”十周年时的自拍，火星车表面充满火星尘土；（下）“机遇号”相机拍摄的着陆区附近，行使轨迹和着陆平台（图片来源：NASA）

古谢夫陨石坑位于火星南部古老高地和北部平坦平原之间的过渡地带，可能曾经是一个湖泊。科学家推测在约40亿年前，一颗小行星或彗星撞击了古谢夫陨石坑，而火星上最大的峡谷之一的“马阿迪姆谷”（Ma’adim Vallis）就在其南端。

2010年2月，“勇气号”在经历2175个火星日后，传回地球最后一张着陆区全景照片，这里也是它长眠的地方（图片来源：NASA）

凤凰号

“凤凰号”（Phoenix）火星着陆器于2008年5月25日在火星北极 “瓦斯蒂塔斯”以北（68°N，234°E）的地方着陆，目标是探索10万年前可能存在于火星极区的液态水的历史。“火星奥德赛”（Mars Odyssey）探测器在2002年初发现了这个区域在地表下有大量的水冰与土壤混合在一起的证据。

由于火星高纬度地区存在很多类似地球上永久冻土地带的多边形裂缝，所以着陆安全性是首要考虑的问题。科学家们评估了纬度在65°~72°N的平原上许多可能的着陆点，经过多轮的分析，最终选择了“瓦斯蒂塔斯”以北的地方。

“凤凰号”相机拍摄着陆区图，可见众多细小的鹅卵石和多边形裂缝（图片来源：NASA）

好奇号

2012年8月5日“好奇号”在火星“盖尔”陨石坑内的一座分层山下着陆（4.5°S，137.4°E）,开启了它持续至今的火星探索之路。正如它的名字，“好奇号”的目标是探索火星气候和地质，评估火星微生物存在的可能。

盖尔陨石坑位于火星赤道以南，形成于大约3.5亿年前，由层状岩石构成，富含黏土和硫酸，这些物质和地貌的形成都与水有关。如果火星上曾存在过生命，这里能够提供有利于微生物生存的化学成分与能量。

（左）“好奇号”着陆区；（右）“夏普山”从盖尔陨石坑底部升起（图片来源：NASA）

洞察号

洞察号（Insight）是2018年11月26日在火星赤道附近的“埃律西姆平原”(Elysium Planitia)（4.5°N，135.9°E）着陆。这里距离“好奇号”的着陆点盖尔陨石坑只有600公里。

埃律西姆平原(图片来源:NASA)

“洞察号”是一个地球物理探测器，目标是研究火星内部，获取火星的生命体征、脉搏和温度。为了深入观察火星，着陆器必须在一个“安静”的地方。这就是为什么科学家选择埃律西姆平原作为“洞察号”的家。

最后……

火星探测是当今国际深空探测的热点，而着陆选址是建立在科学目标与工程技术能力基础上的综合决策，最优的着陆点意味着在火星车安全着陆的前提下，会有科学上最重要的发现。

随着火星探测任务积累的科学数据大大增加，以及在此基础上获得的大量科学成果和新的发现，人类对火星的认识提高到一个新水平，关于火星着陆点的选择与研究也将会有新的发展。未来，还有更多新的世界等待着我们的发现。