互动科普

2004年1月3日太平洋标准时间晚上8点15分，安置在保护舱内的“勇气号”（Spirit）火星漫游车与星际母船分离，准备进入火星大气层。数周以来，这次行动的工程师和科学家们把所有可能遇到的问题都考虑周全，不放过任何一处细节：爆炸螺栓或许不能按时起爆；保护舱可能被强风裹挟着猛撞到火星地面上；着陆器着陆时可能头朝下脚朝天，被卡在岩石中无法动弹；无线电通信可能失灵。随着最后时刻日益临近，火星上突然刮起了沙尘暴，使上层大气的密度减小。为了减轻这个影响，控制人员修改了降落伞的运行程序，让它提前打开。在舱体进入火星大气层之前8小时，项目副主管Mark Adler说：“我们将一个复杂的系统以极高速度送入一片陌生的天地。我很平静，感觉准备好了。只能说这么多，因为我对那里的情况并没有详尽的了解。”

这种事先就充分估计到各种风险的坦诚态度让人放心不少。如果项目小组宣称没什么可担心的，那倒反而令人提心吊胆了。从1960年到2002年，美国、俄罗斯和日本进行过33次火星探测行动，其中9次获得成功。就行星探测的标准来说，失败率不算高得离谱：最初33次月球探测行动只有14次成功。但是1999年那次葬送了“火星气候轨道器”的失误是不能容忍的：有关方面先是忽视了把英制单位换算为公制单位，继而在探测器逐渐偏离航线时没能及时查出这个错误。就在“勇气号”飞抵火星前一周，英国的“猎兔犬”二号着陆器一头扎进火星大气层之后，便杳无音信了。

美国航空航天局喷气推进实验室（JPL）的控制人员有个传统，打开一袋花生希望有好运气，是这么做的时候了。晚上8点29分，“勇气号”开始像流星一样下降，准确地说这是确认信号抵达地球的时刻，而此时“勇气号”已经在火星上着陆了，唯一的问题是它着陆时究竟是完好无损还是已经粉身碎骨了。两分钟内，飞船挺过了大气层的高温峰值和最大g值。随后的两分钟，降落伞打开，“勇气号”驶出保护舱。两分钟后，气囊构成的气垫充气膨胀，控制人员则宣布：“我们收到‘勇气号’在火星表面上弹跳的信号。”

控制室里欢呼声四起，人们纷纷互相拥抱。但没过多久，大家就嘀咕是不是欢呼拥抱得太早了点儿。无线电信号逐渐减弱成一条水平线。着陆程序设计小组负责人Rob Manning回忆说：“信号消失了，这让我们僵住了好一会儿。我尽量表现得镇定些，这真让人头大。”他说，在那之前，“勇气号”进入火星大气层的过程看起来就像他们小组多次试验中的一次。“只不过信号开始消失时，我才叫了起来：‘啊呀，这并不是一次演习！’”

工程师们曾告诫过：“勇气号”在停止翻滚之前，信号可能会消失10分钟左右。翻着跟头的着陆器不适合作为信号发射台。然而10分钟过去了，仍然联系不上，11分钟，12分钟。人们抱着臂，坐在椅子里打转，嚼着口香糖。一条抖动着的细线扫过控制人员电脑屏幕的底部，这表示无线静电噪声。Manning说他当时盯着屏幕底部出了神，以至于那条线跳到屏幕顶端时他楞了一下才注意到。晚上8点52分（着陆点当时的时间是下午2点51点），“勇气号”宣布它平安到达红色星球。

“勇气号”首席探测员的冒险之旅

科学家和工程师们就像绕过合恩角的水手，他们心甘情愿地让自己接受命运喜怒无常的摆布，只是出于一个理由：希望了解地球上生命的来龙去脉，不管它们是独特现象，还是宇宙进程中的惯例。“勇气号”漫游车的科学仪器首席探测员Steve Squyres 17年来致力于登上火星。这位康奈尔大学的教授素有神童之称，他完成（从硕士到）博士学位从头到尾用了3年时间，1980年代他对太阳系中半数的固态天体都了如指掌，从木星的冰质卫星、金星的火山平原到火星的水侵蚀高地。但他逐渐觉得事业中缺少点儿什么。

Squyres说：“我们这行中真正的进展应该归功于那些建造科学仪器并把它们安装在飞船上，发射上行星的人。我曾参与‘旅行者号’和‘麦哲伦号’探测器的工作，但这些探测行动不是我构想的，我既没有设计也没有校准那些设备，只不过在最后释放降落伞，收集一些数据后就溜之大吉，然后写出一大堆论文。从许多方面来看，这可算是舒心惬意，令人满意的干事业的方法。但我总觉得这是坐享别人的成果。只有这一次（这将永远是仅有的一次，因为这个经历既不容错过，也不会重演）我希望自己参与一个项目，等它结束时我可以说：你知道，它的成功有我的一份。”

1987年，Squyres组建了一个小组，制造出一台摄像机向NASA申请，将它用于后来的“火星探路者”行动中。由于摄像机尺寸不合适，他的申请被否定了。他也参加了“火星观测者”飞船的一个设备组。1992年9月发射后不久，助推火箭点火，使它脱离地球轨道，航天飞行危机四伏的脆弱就此开始困扰着它。无线电信号销声匿迹了。Squyres坐在发射控制大厅里，双手抱头说着：“我想我们可能再也找不到它了，我想我们可能再也找不到它了。”40分钟后这艘飞船不知从哪里又冒了出来，但它在第二年抵达火星后又彻底消失了。

1993年，Squyres和他的小组提出了另一套仪器的方案，但仍被NASA否定了。当他们正忙于为一个称为“雅典娜”的大型移动地质实验室制定方案时，突然爆出消息说在南极大陆发现的一块陨石可能藏着火星古老生命的线索。这条消息掀起的火爆炒作给火星探索又注入了一剂强心针。1997年的“火星探路者”行动显示了漫游车在火星上的共用，当年11月，NASA为“雅典娜”项目开了绿灯，Squyres发现他成了170位科学家和600名工程师的头儿。

两年后，NASA丢失了“火星气候轨道器”和“火星极地着陆者”。虽然Squyres小组并未直接参与，但这两次严重挫折使整个火星探索计划收到巨大震动。调查委员会认为，经费不足和过于自信，是这些事故的主要原因。根据调查结果，委员会追加了用于漫游车的经费，最终达到8.2亿美元。经过重新设计并调整了重点以后，“勇气号”及其孪生兄弟“机遇号”终于在2003年夏季发射升空。Squyres说：“要想熬过我们所经受的种种磨难而挺下来，你必须天生就是个乐天派。要相对任何意外都有所准备，你也得天性悲观。”

冻干的行星

随着这两艘火星探索漫游车（MER）会合在一起，火星科学经历了一场剧变。1960年代和1970年代的“水手号”及“海盗号”探测行动揭示火星是一个寒冷、干燥、没有生命的世界，但也蚀刻着往昔生机的遗迹：有远古遗留下来的精妙河谷脉络，中古时期的巨大泛洪河道。研究人员预计新的空间探测器对火星进行分析时，将会发现与水相关的矿物，如碳酸盐、黏土及盐类。

6年半以来，“火星环球勘测者号”及“奥德赛号”火星轨道探测器一直在寻找这些矿物，但基本上一无所获。它们携带的仪器与倒霉的“火星观测者号”携带的一模一样。它们找到了橄榄石层，这种矿物应是受到过液态水的侵蚀。轨道探测器也观测到了新近形成的冲沟，古老的湖泊沉积矿和海岸线，以及通常在液态水中形成的氧化铁矿物——灰赤铁矿（与红赤铁矿有别，后者又称铁锈）。火星上储藏着大量的冰，并且有近代地质及冰川活动留下的痕迹。科学家们陷入了前所未有的迷惑之中。

领导“火星探路者”科学组的喷气推进实验室行星地质学家、火星探索漫游车小组成员Matt Golombek说：“对于早期火星的环境与现在有多大差异的问题，有相当激烈的争论。MER的确是首次尝试登上火星表面，直接检验火星环境到底如何。”

“海盗号”规划人员避险求稳的方针是出了名的，他们把两艘着陆器发射到火星上最枯燥无味的地方。不过平心而论，如果你把价值35亿美元，动不动就会翻倒的飞船送到几乎一无所知的地方，你多半也会这么做的。“火星探路者”的胆子虽然放大了些，但实际上也只是一次试验飞行。除了希望研究尽可能多的各类岩石以外，Golombek小组对于“探路者号”在哪里着陆并不太在意。“勇气号”和“机遇号”则是拜访科学家们主动选择地点的第一批着陆器。

从轨道上观察，“勇气号”的新家——古谢夫环形山（Gusev Crater）看起来像湖泊沉积矿。它有细致的分层结构、三角洲沉积物以及起伏的台地，位于火星上最大的山谷之一——马阿迪姆峡谷（Ma’adim）山谷的北端。“机遇号”的任务是寻找灰赤铁矿，这种矿物集中在子午线平原（Meridiani Planm）。亚利桑那州立大学的行星地质学家Phil Christensen不久前曾考察过平坦的薄层，看来子午线平原同古谢夫环形山相仿，也曾是湖泊沉积矿。

这些假说只有在火星表面上才能进行检验。例如，风无法刮走大于半厘米的砂粒，因此，发现较大的砂粒就将意味着火星上可能存在另外一种侵蚀物，或许是水。当赤铁矿在湖水中而不是在比如温泉中结晶时，这个化学反应常常与针铁矿有关，漫游车上的分光仪可以觅到针铁矿的踪迹。随着数据一点一滴地积累起来，漫游车将能帮我们逐步揭示火星与地球为何如此相似，又如此迥异。

站在火星上遥望

在“勇气号”成功登上火星之后大约3小时，即2004年1月3日太平洋标准时间晚上11点30分，通过“奥德赛”轨道探测器的中继，数据开始源源不断传送回来。以前的空间探索行动中，图像传输速度比较慢，是一行一行跳出来的，就好像徐徐拉起另一个世界的大幕。对习惯了这种速度的观测人员来说，“勇气号”传送图像之快令人瞠目。第一批图像刹那间就闪现在显示屏上，古谢夫环形山简直一下子就飞进了控制室中。

“勇气号”的主摄像机安装在1.5米高的立杆上，因此它看到的景象与你站在火星上看到的差不多，但对这些图像仍然需要一个适应过程。康奈尔大学科学家Jim Bell从1994年起就一直在研制彩色全景摄像机（Pancam）。他说：“通过我们做的所有这些测试，我明白通过漫游车的眼睛去体验一个地方，然后又自己去观察，你的感受是相当不同的。深度感差异非常大，因为你看到的火星世界的平面投影，没有任何东西可供人做参照物。火星上既没有树，也没有消防栓。我们周围能表明物体有多远的线索，在火星上你一丁点也找不到。”

虽然如此，首批图像仍给人一种别开生面的熟悉感觉，可以看到火星上的岩石、凹地、小丘和台地。航天工程师Julie Townsend说，“它的美丽与沙漠之美有异曲同工之处。这是一种空灵之美，是一幅没有受半点干扰的美丽画卷。”

[武晓岚/译    杨光/校]