火星探索過程中，有意思的發現和故事

四角精靈

近代的火星探索開始於美國和蘇聯之間，在1960年代的太空競賽，不知道當時的科學家是否預料到，火星探索竟是如此的坎坷，雙方的前六次任務全部失敗，而直到第七次的美國水手4號在成功的飛越火星，並且第一次傳回了火星近距離的照片。水手4號1965年在當時花費了8000多萬美元，所以這幾張黑白照片也是價值不菲。水手4號看見的是一顆非常荒涼的火星。同時人們對火星存在智慧生命的幻想也基本破滅。

但此後的火星探索並沒有停止，美蘇兩國都爭先能夠第一個登上這個紅色星球，第一次登陸成功是在雙方的第16次任務蘇聯探測器火星3號在1971年12月成為第一個成功登陸火星的探測器，但非常遺憾的是它在火星表面僅僅工作了20秒，甚至還沒來得及傳回第一張照片就失去了聯系，而四年以後美國的海盜一號成為第一個成功登陸火星，並且正常工作的探測器，而從此以後所有登上火星的探測器全是美國。

Viking計劃在同年發射2個探測器，而給Viking1號在1975年8月20日發射，它和天問一號一樣包含了一顆圍繞火星旋轉的衛星和降落到地面的探測器，當時探測器飛行了11個月才到達火星，圍繞火星飛行整整一個月後探測器和衛星，相分離並且成功地降落在火星表面，從照片我們可以看出來，降落地點其實表面並不平坦，而實際上就離探測器降落地點不遠有1塊巨大的石頭，它的名字叫“BIG JOE”。如果當時落在這塊石頭上估計探測器將會是凶多吉少，所以能夠成功的降落也是非常的幸運。

拍到的第一張火星上的日落，火星上的日落就是藍色，火星表面第一張“彩色”照片是因為富含氧化鐵看起來大部分是紅色或者橙色。但是因為火星空氣中充滿了微小的塵埃顆粒，而這些塵埃在太陽附近正好可以散射掉紅色厚黃色就留下了藍色光，所以火星上的日落看起來就是藍色，地球上的日落正好相反，藍色的光被散射掉就留下了黃色和橙色光。

Viking1號的雙胞胎兄弟2號也在兩個月以後安全地降落到火星表面，看起來2號降落地點的岩石比1號的還要多，就這個降落地點還是根據1號的經驗臨時更換精心挑選，看來在火星上降落還真是需要點運氣，再看看毅力號在降落地點非常的平坦，周圍連石頭都沒有，就能看出來這些年來降落技術的改進，但是Viking1號和2號的降落地點卻相差特別遠，距離6460公里，2號的降落地點更加靠近北極，所以溫度也就更低，正是因為它的位置，曾在1979年的冬天拍攝了這張非常經典的照片，這是經過計算機處理以後的效果。因為當時拍攝的像素非常低，白色的部分包含水冰厚度估計只有一毫米的，火星空氣中的水分和塵埃結合以後，在極低的溫度下就落到了地面。

火星的表面是不可能存在液態水的，因為它的氣壓太低了，而水的沸點和大氣的壓力是成反比的，在珠穆朗瑪峰上水的沸點不到70攝氏度，因為它的氣壓只有地面的三分之一，大約4.84psi。火星表面的氣壓平均不到0.1psi如果你往火星表面倒一杯水它馬上就會蒸發掉，當然除了拍照以外，Viking1號和2號都對土壤進行了分析，兩個降落地點的分析結果是一致的，都沒有發現外星生命存在的跡象。

Viking1號一直工作到1982年的11月（6年多）因為軟件的更新錯誤導致天線失效。否則它其實可以工作得更久，因為它配備的是核電系統，Viking2號因為電池失效，一直工作到1980年4月（3.6年）但盡管如此，Viking1號和2號可以說是非常成功的完成了任務。兩個探測器在兩個降落地點拍攝了4500張照片兩顆衛星拍攝了52663張照片，並且繪制了火星表面97%的面積。

Viking1號的項目雖然很成功，但是錢花得也不少，總的花費大約有十億美元。1974年的十億美元換算到今天大概是多少錢？顯然總這麼花錢肯定是不行，於是NASA在1990年成立了發現計劃“Discovery Program"，主要的目標就是用低廉的成本，完成更多的太空探索任務，NASA的下一次火星登陸任務就是在這種背景下進行。它包含一個著陸器叫火星探路者，它張開以後是一個獨立的觀測平台，可以進行很多的測量任務，同時它還攜帶了一輛火星車旅居者號。

這是第一個可以在火星移動的探測器，而且低成本的原則下，就不難理解為什麼它的重量只有11.5公斤，大小就跟超市的購物車差不多大。能源上只是用普通的太陽能板，設計的任務期限只有7個火星日。NASA這次真是決定將省錢進行到底，看看它和周圍石頭的比例，突然覺得這輛火星車好可憐，火星車在1997年7月4日登陸，同年的9月27日就停止工作了，總共有83個火星日，它行駛總距離只有100多米。

這個項目有一個很大的創新，就是它在火星上采用了一種新的降落方式，首先就是利用隔熱罩進行空氣阻力減速，溫度可以達到1400攝氏度，然後打開降落傘，它可以把速度降至65米每秒，20秒以後脫離隔熱罩，此時它的任務已經完成了。再過十秒探測器會和降落傘分離，通過20米的纜繩連接，然後氣球會在0.3秒內充滿氣，作為緩沖。啟動反推火箭進一步降低速度，在距離地面大約12米的高度切斷纜繩，落地時的速度有18米每秒，每次彈跳可以達到15米高100米遠，在彈跳了15次以後它停了下來，距離第一個彈跳地點大概一公里左右，這種降落方式提高了降落的安全性，再也不用害怕被“BIG JOE”之類的大石頭。

2003年，勇氣號與機遇號也采用了同樣的方法，重達185公斤。Parhfinder總共傳送了16500張照片，並對火星的氣壓、溫度還有風速進行了850萬次測量。它的研發只用了三年時間，總成本是2億6500萬美元，而1974年Viking的十億美元，真是省了不少。

接著NASA迎來了火星探索的黑暗時期，1998和1999年兩次任務連續失敗，1998年12月11日NASA發射了一顆衛星，用來研究火星的氣候，發射以後在巡航的過程中，它進行了四次軌道調整，在進入火星軌道之前，它拍攝了最後一張照片，就完全失去了聯系，但事後調查委員會發現因為人為的錯誤，導致探測器切入火星的高度太低，當時高度只有57公里很有可能在火星大氣層中燒毀。人為錯誤的原因竟然是探測器的軟件使用公制單位計算推力，而地面工作人員輸入的是英制單位，這個錯誤的成本是三億美元。

NASA在此後的所有任務中都非 常小心地避免，這種因為計量單位混淆而造成的錯誤，其實這顆衛星，也將作為一年以後發射的火星極地著陸者號的通訊衛星。但是屋漏偏逢連夜雨，1999年1月3日探測器火星極地著陸者號發射升空，同時還攜帶了兩個小的探測器叫深空2號，它們是計劃降落在火星的南極附近，並對南極的地下冰層進行考察。而深空2號的設計是進入大氣層以後脫離主探測器，不攜帶降落傘直接撞向地面鑽入地下，可以鑽入地下半米左右。

其實它們兩個也是NASA為數不多的，在南半球降落的探測器，如果我們在地圖上，就會發現NASA登陸到火星的探測器，大部分在北半球或者赤道附近，只有好奇號和機遇號算是稍微偏南一些，為什麼探測器都很少降落在南半球呢？主要的一個原因是南半球的天氣，相對於北半球來說會更加的惡劣，不適宜探測器生存。火星的公轉軌道跟地球相比更加的橢圓，距離太陽最遠的時候正好是南半球的冬天，不僅如此，火星上冬天的時間也要比地球上長很多，公轉的周期是687個地球日，接近地球的一倍，火星每一個季節的時間也幾乎是地球的兩倍。

當然有一個國家是例外：那就是前蘇聯，它有三個探測器都嘗試降落在南半球，試著大概標記一下他們的位置，其中就包含剛才說的第一個降落在火星的探測器火星3號，但是火星2號和6號登錄都是沒有成功。進入火星大氣層後，探測器再也沒有發回來任何消息，NASA連續第二次因失敗而成為焦點。事故調查報告顯示，由於軟件的錯誤火箭在40米的高度停止工作。以為探測器已經降落，但是為什麼不沿用已經證明成功的安全氣囊的降落方式呢？為什麼連續兩次降落都會失敗呢？公眾想知道更深層的原因是什麼？隨後NASA火星項目更多的問題被曝光出來，包括管理混亂，溝通不暢資金不足測試不充分過於樂觀等等，隨後NASA對火星項目進行一系列的改革，在此後的火星項目上全部成功沒有一個失敗，這種影響一直延續到今天的毅力號。