编者按：《新世纪飞天梦》是中国科学院力学研究所的王柏懿和林烈两位研究员撰写的一部科普小书。它图文并茂，以通俗的语言、严谨的分析和详实的史实，展示了人类不懈追求升空飞天的艰辛历程，说明了各类航天飞行器的基本原理和主要功能，还介绍了航天大师钱学森。承蒙作者的盛意，他们同意以网络书的形式在本网站上发表全书内容。该书主要是为小学高年级和初中的学生们编写的，有些较为专深的相关知识则采用“小贴士”“知识链接”和“你知道吗？”等框图形式在文中给出。

飞天征程上的第二站——飞往火星（之一）

林烈

7.1 攀登飞天路上的新高度

当我们人类登上了月球、初步揭开了月球的神秘面纱以后，我们下一步的飞天目标将指向夜空中那颗红色星球——火星。

如果说月球只是我们地球的一颗卫星，那么火星可是太阳系行星家族中的正式成员，离我们地球的距离也比月球远得多。不过在晴朗的夜晚，我们还是可以通过肉眼清晰地看到这颗闪烁着红色光芒的星球。这颗有些神秘的红色星球，曾经使人们对它产生过许多奇异的遐想。西方人将其视为战神，给它起了个名字叫“玛尔斯”，玛尔斯是罗马神话中的战神，酷好杀伐。火星看上去浑身血红，所以让他们想起了充满血腥的战争。

我国古代先人称火星为“荧惑”。因为火星在夜空中发出荧荧的红色光芒，犹如黑夜中的荧火，而其行迹又飘忽不定，让人难以捉摸，所以古人给它起了这个听起来有些吓人的名字。在科技还不发达的古代，人们常将它和一些天灾人祸联系在一起。

正因为如此，这颗神秘的红色星球一直是我们人类除了月球以外，最希望去探测的天体。虽说火星是我们地球的一个近邻，但它离我们地球要比月球远得多。月球离地球的距离大约为38万千米，而火星离我们地球的最远距离是它的1000倍。火星绕太阳公转的周期比地球要长得多，大约是687个地球日。这说明地球和火星的公转周期并不同步，当地球和火星运行到太阳的同一侧时，火星和我们地球的距离较近，大约为5500万千米，而当它们分别位于太阳的两侧时 彼此的距离可达4亿千米。因此，如果我们要想探测火星，那么只有等到火星运行到和地球在太阳的同一侧时，才是发射火星探测器的最佳时机。

如要将探测器送往火星，由于路途遥远，通常要采用霍曼转移轨道的方法，如图7-1-2中所示。首先我们要将探测器发射到较低的绕地圆形轨道，然后第一次变轨，使探测器进入一个偏心率较大的绕地椭圆轨道，这个轨道和火星的绕日轨道相切，当探测器飞行到这一相切点时，火星也应该运行至此，此时再一次变轨，使探测器进入到火星的绕日轨道，这时探测器已经比较接近火星了，接下来我们还需要再一次变轨，使探测器进入绕火星运行的轨道，最后，就是要使探测器安全降落到火星的表面。当然，要使探测器安全着陆也不是件容易的事情，许多探测器就是在这一过程中失败的。在这里我们只能对这一过程介绍一个大概情况，由于地球的绕日轨道平面和火星的绕日轨道平面并不重合，而且发射窗口的时间有限，所以火星探测器的发射和控制比上述所描述的还要复杂得多。

 图7-1-2 飞船前往火星的路径示意图

如果我们要去月球，一个来回大约只需要6天左右的时间，但去火星的单程时间就需要7-8个月。如果我们要和火星上的探测器联络，其无线电信号也要经过21分钟才能到达火星。可见探测火星要比探月难得多。

在以往探测火星的漫漫长路上，充满着艰辛和失败。在2003年以前的30多年时间里，人类一共向火星发射了数十个探测器，其中大部分都以灾难告终。有的在发射初期就在地球大气层中爆炸烧毁，有的在着落火星时损坏，有的在发射以后就消失在茫茫的太空中。这方面体会最深的大约要数苏联人，从1960年到1996年，前苏联及俄罗斯共发射了18个火星探测器，但失败了14次。2011年11月，我国的“荧火一号”火星探测器搭乘了俄罗斯的火箭，准备飞往火星，但这次发射由于中途变轨失败，探测器最后坠毁在地球的大气层中。

其它国家在这方面也同样难逃厄运。2003年6月，欧洲发射了“火星快车”探测器，并搭载了准备降落火星的“猎兔犬-2”号火星车，但在火星表面着陆时失去了联系。2003年12月，日本的首次火星探测也以失败告终。美国探测火星的经历要幸运一些。美国于1975年8月及9月分别发射了“海盗-1号”及“海盗-2号”火星探测器，并于1976年成功登陆火星，“海盗-1号”成为世界上第一个登上火星的探测器。1999年9月，美国发射了“火星气候轨道器”，但在进入轨道前烧毁。2003年6月和7月，美国成功发射了“勇气号”和“机遇号”火星探测器，并发回了大量宝贵的有关火星的照片和数据。2011年美国发射的“好奇号”火星探测器成功地在火星上着陆。美国原定于2016年3月发射“洞察号”火星着陆器，但在发射前发现着陆器存在着重大问题，就决定推迟到2018年再发射。

总之，探测火星要比探月困难得多，征服火星的道路既漫长又艰险。但是，我们人类的飞天梦想不会就此停止。

7.2 神秘的红色星球

   1938年10月30日晚8时刚过，一条爆炸式新闻迅速传遍了北美大地：火星人入侵地球了！来自火星的巨大飞船已经在新泽西州的格罗弗岭着陆，一些相貌怪异的火星人出现在当地，他们很快杀死了那里的40名警员，我们随后派去对抗火星人的7000名国民警卫队队员也被一种神秘的武器统统烧得面目全非，并已全部悲惨地死去，总统号召全体勇敢的美国人都拿起武器，去对抗那些残暴的外星人······。外星人的疯狂入侵，使一向自信的美国人也慌了神，顿时成千上万的人弃家而逃，整个社会陷入了一片混乱。

实际上，这只是美国哥伦比亚广播公司正在播送的一部广播剧《世界大战》（又名《火星人入侵地球》）。由于剧情异常逼真，致使大批美国听众误以为真，数百万人陷入了恐慌，这种恐慌甚至还波及到了加拿大。

为什么这样一部广播剧会使成千上万的美国人信以为真呢？因为在历史上，火星上存在文明社会的说法曾经风靡世界：火星上有漂亮的城市，有宽阔的人工河流，那里生活着聪明的火星人，他们的文明程度也许比我们地球人还要高。

十八世纪，英国天文学家赫歇尔兄妹，曾经对火星进行了长期的观察和研究。他们发现，火星上的一天和一个地球日十分接近，而且火星也有大气层。因此，他们设想，火星上的“栖息者”也许和我们地球上的生物类似。这也许是资深科学家首次提及“火星人（栖息者）”。1877年，意大利天文学家乔瓦尼·夏伯雷利发现火星表面有数十条互相交叉的网状线条。他设想这是一些水道，后来人们进一步推断，或许这是一些人工开凿的运河。这些信息使人们进一步相信，火星上有智慧生命。

帕西瓦尔·罗威尔也是一位对火星研究充满热情的美国天文学家。罗威尔的家境富裕，凭着家里优异的经济条件，他在美国亚利桑那州的弗拉格斯塔夫市自费建造了一座天文观测站，专门用于对火星的研究。经过数十年的观察，他宣称已经发现了近200条运河，并推测，这些运河的开凿是为了将火星两极的冰水输送到其它的地区，是为了满足某些干旱地区火星人的用水需求。罗威尔还绘制了大量有关火星表面运河的图片。1895年，罗威尔出版了一本关于火星上运河的专著。晚年的罗威尔，将他的兴趣转向了有关寻找海王星外第九颗行星的研究。虽然他生前未能如愿，但他去世后，罗威尔天文台继续从事这项研究工作，并于1930年真的找到了冥王星。冥王星（Pluto）的名称中所含有的PL字母，是他名字的缩写，这也是发现者以此来寄托对罗威尔的深切缅怀。罗威尔于1916年11月16日逝世。

天文学界对火星的这些前期研究工作，使人们对火星充满着各种各样的幻想，人类渴望能在火星上找到自己的同类，有一些科幻小说家也开始编造一些关于火星人入侵地球这样耸人听闻的故事。

那么，火星上究竟有没有智慧生命呢？火星究竟是一颗怎么样的星球呢？

火星和我们地球一样，也是一颗固体星球。如果将太阳系中的行星按离太阳的距离由近及远来排列的话，我们的地球位列第三，而火星处在比地球稍远的第四位。火星的直径大约是地球的十分之六，其质量只有地球的十分之一。火星上的一天几乎和地球上的一天相等，但火星上的一年却是地球上的两年。火星上一年中也有四季的气候变化，但火星表面的平均气温比地球要低得多，大约在摄氏零下50度左右。火星有一个薄薄的大气层，其密度只有地球的百分之一，而且主要成分为二氧化碳，约占百分之九十五，另外是少量的氮气和氩气。火星上没有液态水，但有大量的水冰。火星还有一个不太强的磁场。

我们知道，地球上的南北两极终年是冰雪世界，火星的两极也覆盖着厚厚的冰层，不过大部分是由二氧化碳凝结而成的干冰。火星表面堆积着一层厚厚的尘埃，有些地方还散落着一些玄武岩的石块，因此从某种程度上来说，火星表面的一些地方有点像我国西北的戈壁大漠。火星上也有沙尘暴，狂风卷起的沙尘有时会笼罩住大半个火星表面，由于火星表面的尘埃都呈现红色，所以当沙尘暴肆虐时，整个火星的天空都是一片红色。火星上曾经有过强烈的火山活动，不过早已停止。火星表面还分布着大大小小被小行星撞击以后留下的撞击坑。

火星的这些特征表明，它和我们地球有着较大的差别，但即使这样，火星也是太阳系中和我们地球环境最为接近的一颗星球。火星有大气层，有磁场，有大量的水冰，它的体积也比月球大得多，从这些方面来说，它比月球要强得多。火星的这些条件，使它在太阳系中仅次于地球，成为有可能酝酿出生命的星球。

1976年，美国的“海盗号”火星探测器第一次在火星上登陆，并发回了大量有关火星表面的照片。这些照片显示，火星是一个荒凉、干燥、寂寞的世界，那里没有森林湖泊，没有飞禽走兽，更没有高级的智慧生命。这使我们地球人大失所望，多少年来对火星的幻想破灭了。我们地球人仍然是孤家寡人，在太阳系这个行星家族中，我们没有可以与之交流的邻居，我们没有同类。看来，那些专写有关火星人的科幻小说家，也不得不改换题材，另谋出路了。

但是在火星的历史上存在过生命吗？现在的火星上还有没有如微生物这样比较低级的生命呢？在下一节中，我们将要讨论这些问题。

（未完待续）