文章来源：格致论道讲坛
年7月23日12时41分许，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，由长征五号遥四运载火箭发射成功。
人类已经进行了47次火星探测，探测火星要比月球难多了。作为中国首次独立火星探测任务，“天问一号”将完成哪些科学目标？“天问一号”上共有13台神秘盒子，承担不同的任务，它们如何“各显神通”？天体化学与地球化学家、中国科学院院士欧阳自远带领我们探索神秘莫测的火星。
33:10欧阳自远
中国科学院院士、地球化学与天体化学家
今天我跟大家分享的题目是《天问一号，中国首次自主火星探测》，分享的内容包含下面五个方面，也要向大家介绍一下我国发射的火星探测器。
火星蒙受的不白之冤
自古以来人们对火星就没有什么好印象，几乎每个民族都在咒骂火星。它在历史上没有好名声，一直被认为是一个不吉祥的星。因为火星是红颜色的，代表了血腥、战争、死亡和瘟疫。
但它真的蒙受了不白之冤。
根据离太阳的远近，火星在太阳系八大行星中排列第四。离太阳最近的是水星，然后是金星、地球、火星，往后才是木星、土星、天王星、海王星，所以火星是地球的邻居，比我们离太阳稍微远一点。
古代人觉得火星在天上忽隐忽现的，就给它取了个名字叫“荧惑”，就是描述它像萤火虫一样，有时候看得清，有时候看不清。
古人非常迷信，假如荧惑守心的话，一定预示着这个朝代的皇帝要死，而且会发生战乱。
荧惑守心指荧惑在心宿发生运行方向的改变，其运作方向或由顺行转为逆行，或由顺行转为逆行，并且停留在心宿一段时间的现象
公元前年，正好荧惑守心，那是历史上最不吉利的一段时期，刚好那一天秦始皇驾崩，据说天上还掉下一块陨石，上面刻着几个字“始皇帝死”，而且预示着地要被分掉。
天文学家们给了它一个标志，这个标志就像发射出来的箭一样，代表着战争。
古罗马称火星为“玛尔斯（Mars）”，寓意喜欢打仗，喜欢屠杀的战争之神。
古希腊的人们把火星称为“阿瑞斯（Ares）”。阿瑞斯（Ares）是战争之神，他很勇猛，但很好战，喜欢屠杀。
在北欧，人们也叫它“战争之神”，甚至在古印度也是这样称呼。
总之古代几乎每个民族都认为火星是一颗恶星，它是人类灾祸的化身，所以火星一直蒙受这种不白之冤。
但现在我们应该为火星解除它的不白之冤了。
为什么人们对火星会有这么坏的一个印象？因为你看到火星的时候，它是红色的。
为什么火星会有红颜色？因为火星的表土里有一种矿物叫赤铁矿，赤铁矿是红颜色的，是古代作画时画红色的颜料。
赤铁矿弥散在整个火星的土壤当中，火星又经常发生沙尘暴、全球性的风暴，结果卷起了这些红色的赤铁矿夹杂在当中，所以显得红，跟血腥一样，导致人们对火星没有好印象。
其实真冤枉，火星是一个非常善良的、很好的天体，所以我们应该洗刷它的不白之冤。
火星，地球的好姐妹
火星在八大行星当中排第四，是地球的近邻，也是地球的好姐妹。火星跟别的七大行星几乎在一个平面上，大家各自按照各自的轨道，都围绕着太阳做逆时针方向的运行。
火星在第四个跑道转圈，地球在第三个跑道转圈，很有规律，很守秩序，而且一直是这样运行的，所以火星是地球非常好的一个姐妹。
火星其实跟地球挺像的，它绕着太阳转一圈，因为火星转的圈大，要天。地球转一圈天，是我们的一年。
另外，火星大约只能得到地球一半左右的太阳能，因为隔得比较远，所以太阳对火星就显得没那么热了。
火星个儿也比较小，大概只有地球的二分之一左右，所以火星的引力也比较小。
但是火星跟地球有一点特别像，它跟地球一样也是歪着自转的。
本来八大行星都是直起来，很有规律地绕着太阳逆时针方向公转，但是地球被一个小天体撞上了，最后产生了月亮，地球也留下了一个“残疾”，被撞歪了二十三度半，所以现在地球是歪着自己转，而且同时这么歪着绕太阳转。
这反而成全了地球一件事，本来直着自己绕着太阳转的话，地球表面的任何一点，一年下来没有季节变化，跟太阳的距离和太阳照射的角度永远没有变化。
现在歪着绕太阳转，转到这边，北半球靠近太阳，我们中国就是在北半球，那就是我们的夏天到了；再转另一边的时候，北半球远离太阳，我们的冬天就到了。所以，地球就出现了春夏秋冬四季的变化。
火星也挨过一次撞，所以它也被撞歪了，结果歪得跟地球一样，也有了春夏秋冬的变化。
地球的卫星——月亮，是地球主要的东西被撞了之后散落在地球的周围，最后慢慢汇集起来的。我们通过基因检测，证明月亮是地球的“女儿”。
火星这两个卫星可不是它亲生的，是一个小天体运行到它附近的时候被火星抓过来，便成了自己家族的一个成员，所以火星有两个“养子”，但它们跟火星是不一样的。
火星探测，难在哪里？
我紧接着要介绍的是探测火星。
人类已经进行了47次火星探测，但是这要比月球探测困难多了，它究竟难在什么地方？
这张图展示的是太阳、地球、火星，它们在一条直线上，这就是所谓的火星大冲，是火星离地球最近的一个距离。
网上有一个错误的信息，说从地球上发射探测器去火星，一定要在火星大冲的时候发射。这个时候地球离火星最近，才多万公里，等于是两个物体之间最短的直线距离，这时候发射探测器很快就可以到火星，其实这是错误的想法。
假如这个时候发射的话我们永远到不了火星，科学家们经过精确计算，要去火星不是想去就可以去的，26个月有一次机会，假如掌控不好这个时间就去不了火星。
当火星在我们前面老远的地方，从地球上发射一个探测器，大约要飞7个月左右，飞好几亿公里到达火星的轨道，火星刚好在这个时候通过它自己的轨道，也到达了这一点，这时探测器就可以飞到或降落在火星上。这才是去火星最短的距离，绝对不是大冲的时候发射，这完全是一种误解。
另外，地球在里面转圈，火星在外面转圈，所以一般来说要26个月才能有一次发射窗口。
我们跟火星的距离太远了，有时候地球在太阳这边，火星在太阳那边，我们要发一个信号给火星，它以光速运行，往往都要23分钟左右。
所以我要是给探测器指令的话，必须提前二十多分钟，一般来说至少得提前一刻钟发给它，一刻钟以后收到了，它才会执行命令。
所以火星探测的难点，一个是太远了，另一个是时延比较长，会有很多困难。
第三，火星表面气候变化剧烈，经常发生沙尘暴，一弥漫起来，根本看不清火星的表面，这也给着陆器的着陆等造成了很多困难。
所以人类探测火星，统计下来已经进行过47次，但是失败的次数很多，一直到今天累计下来这47次成功了24次，刚好一半。
所以，要去火星，一般情况下有一半是要失败的，比去月球艰难多了。
火星上真的有生命存在吗？
我们到火星到底去干什么？
因为火星是最像地球的，而且自古以来就有很多传说。尤其是天文学家在火星上看到有很多一条一条的直线，认为那是运河。
有运河就一定有农业，有农业就一定有耕作的农民，天文学家认为那一定是火星人在种庄稼所以挖了很多水渠。
也有很多传说关于火星是不是有火星人，《火星人大战地球人》，《马丁叔叔》……有很多大片描写火星人，也有很多科普书去讲火星人，科学家也觉得火星是最像地球的一个行星，上面说不定还真的会有生命。
所以，探测火星的第一个目的，自古以来都是为了探寻火星上有没有生命。它是什么形态的生命，它是怎么活动的？这是所有科学家们都非常感兴趣的问题。难道我们的太阳系，我们的宇宙，就只有地球有生命吗？其他星球根本一点儿可能性都没有吗？
火星是最有可能有生命的，所以大家集中目标去探测火星。
火星探测的第一个科学问题就是火星生命的探寻。
第二才是火星本身的磁层、磁场、大气、它的表面、它的地质构造等等。
第三，我们的地球受到了很多自然界的潜在威胁。比如说，万年以前，一个小天体撞了地球，导致地球70%的物种灭绝——恐龙灭绝，除此之外，地球上还有一百多万个物种被灭绝。
另外，地球还不时地发生大面积的火山喷发、巨大的海啸、强烈的地震。总之，我们的地球有很多的不安宁，再加上人类的很多错误行为，导致地球也许不适宜我们生存了。
所以科学家们想，能不能在太阳系里面找到另外一个天体，慢慢地把它改造成第二个地球？或者至少有两个姐妹一样的天体，最后地球和火星将成为人类命运共同体的栖息地，这不更好吗？
所以，火星探测现在是航天的一个重点，火星是人们最愿意探测的，因为它毕竟是在太阳系里离我们还算比较近的。
火星生命的探测经历了大概半个世纪，这半个世纪以来，科学家们首先是想直接探测到底有什么生命在活动。
上世纪70年代、80年代，主要发射探测器和着陆器探测，最后科学家们大失所望，火星表面没有任何生命活动的迹象。
后来说有水就有生命，而且发现火星地下有很多水。它表面也有很多河流湖泊，甚至出现过海洋，只不过现在已经干枯了。
火星曾经有过水体，生命跟水是在一起的，所以就跟踪水来探测生命，不过探测到今天也没个结果。大家期望能够找到哪怕是最低等的生命，哪怕是细菌也是值得珍惜的。
后来火星的探测拍到了很多照片。这是火星的河道，现在已经干枯了，这些河道都可以看出支流和主流。
另外，火星的北半球曾经是一个巨大的海洋，现在只剩下一个海底的海盆地了。
我们也积累了火星很多年的照片。这是同一个地方，先拍的那张很清楚，是一个陡坡，第二张照片里面显示出这陡坡突然塌方了，紧接着里面涌出水来，证明火星的水是在地下。
因此，后来提出一个说法，说火星的水都转入了地下，所以我们要找生命可能要到地下去找，因此探测器又去探测地下水的分布。
中国的“天问一号”有一台仪器，可以探测整个火星地下水的分布。例如它的河道一共有多少水等等，这些我们都要进行探测。
几十年来，科学家们研究火星，证明这里曾经有过很深的水覆盖了火星，平均大概有米深的水，而这些水现在一滴都没有了。
火星离太阳比较远，当然比较冷，所以看不到液态水，最多看到有一点冰，而且年平均温度很低，零下60度，而只有夏天的几天，赤道的温度可以高于0度，达到十几度，所以大概也有很深的水，而现在的水都不在表面。
另外，南北极的两块地方曾经都发育过海洋，所以大家觉得跟着水探测生命也没有希望了。
后来又有一个新发现，发现火星的大气是以二氧化碳为主的，95%是二氧化碳，之后发现也有少量的氧气，少量的水蒸气，此后还发现火星的大气里有甲烷气体。
甲烷就是我们的煤气，就是天然气。天然气一般都是生命活动产生的，人类也会排出甲烷，稻田也会排出甲烷，那能不能跟踪甲烷去探测生命？
这是火星的水蒸气分布以及甲烷的分布。甲烷的分布只有十亿分之几，很少很少，科学家们还要抓住这一点一直探测。
后来探测下来也没有一个结果，不能说明我们发现了生命的征兆。
下图是甲烷的探测。
特别是“好奇”号火星车，它装备了非常先进的仪器，专门去探测火星上的有机化合物，最后也没有得出很好的结果。
后来又想了一个办法，能不能去研究火星掉下来的石头——火星陨石，能不能结合甲烷看看有没有什么发现？
因为甲烷在自然界可以没有生命而产生，可以是自然合成的，也可以在高温下合成，当然也有生物体排泄出来的甲烷。
在仪器上完全可以把最后形成的甲烷区分开来，但是现在没有办法去做。
人类一共得到了大概四五十块从火星掉到地球上来的石头，所以我们准备下一步用电子显微镜观测陨石的内部。
年，在南极找到一块陨石，在里面发现有很多小虫子，这是不是细菌？
美国人说这是细菌，欧洲的科学家说是污染，吵到今天也还是没个结果。
下图是这些细菌的横截面。
此外，在火星陨石里还发现了很多奇怪形状的东西。比如说图中像油炸面包圈一样的东西是不是也是细菌？我们也没有答案。
另外，中国在南极找到了多块天上掉下来的石头。
其中这两块是火星掉下来的，中国的科学家也去研究这里面有没有生命的信息，最后也证明没有。
但是中国科学家另外做了一件事。年在摩洛哥沙漠里掉了一块陨石，中国科学家把它买回来观察了里面的碳颗粒。
这都是纳米级、微米级的碳颗粒，在电子显微镜下研究，然后分析碳的同位素组成。
最后得出一个惊天动地的结论：这些碳是火星的生命产生的碳。
比如说，拿一块煤给我，我就可以研究出这块煤里面的碳过去是植物；拿一滴石油给我，我就可以研究出这滴石油里面的碳曾经是一些微体的动物。这些我们都可以做到。
最后结论出来，发现这是由火星生命形成的碳，但是很遗憾，美国封锁了我们，不让我们在美国最高级的杂志上发表。为什么？
美国的“好奇”号也在做这件事情，他绝对不希望中国人先发现。最后中国没有办法，就在欧洲的一个杂志上发表。
这是杂志的封面，登出了这块陨石，而且登出了全部的结果，时间是年12月2日。
而“好奇”号也在年12月16日发现同样的结果。他们在火星上研究的碳颗粒也被证明是来自生命的。
他们立即召开了一个全世界的记者招待会，宣布火星可能曾经存在过生命，跟中国的结论一样。但他们很遗憾，中国发表的时间是年12月2日，他们是年12月16日，比中国晚了半个月。
火星的生命探测就是这样一直吸引着全世界科学家的目光。
中国首次自主火星探测——“天问一号”
中国将会在7月发射“天问一号”火星探测器。我国曾经做过一次火星探测，当时是在年向全世界公布了中国首个火星探测器发射升空，探测器名称为“萤火一号”。
因为中国的探测器搭载在俄罗斯的飞船里，是俄罗斯把我们的探测器送到火星，然后我们自己再出来探测的。结果没有想到俄罗斯的探测器在飞离地球的第二天，由于轨道调整失败，最后向地球的大气层坠落，被烧光了。
这是中国第一次火星探测，失败了，但是我觉得没关系，我们应该吸取教训，应该更努力地去做好，所以我建议将这次火星探测称为中国首次自主火星探测。
我们这一次去火星探测的主要任务是发射一个火星的卫星，让卫星绕着火星飞；同时，也有一个着陆器会落在火星上，一辆火星车会走下来，一边走一边探测火星。
我们着陆的位置已经选好了，在火星北边高纬度的地方，曾经是火星海洋的位置。
因为当地比较平缓，所以我们选择了两个位置。我们的着陆器、火星车将着陆在那两个位置上。
这就是着陆器，火星车在上面，它会走下着陆器迈步到火星表面，一边走一边探测。
我们的探测大概有六个科学目标。
第一，火星的卫星上放了七台仪器，主要探测整个火星的地形地貌、岩石分布、气候变化。总之这是全球性的探测。
此外，我们的火星车上放了六台科学仪器，要探测火星地下的土壤分布、土壤的成分、底下是不是有地下水的分布。
我们的卫星在天上探测，而火星车在地上也探测地下水的分布，联合起来探测。
火星车上还有一台气象站，探测记录火星的气候变化。
全面探测火星一共有13台仪器，它们承担着不同的任务。
这次是中国首次自主的火星探测，再过几年，至少在年以前，中国要着陆在火星上，要在火星上采样返回。
现在人类还没有得到任何一块自己从火星采回来的样品。
火星上掉下来的石头，我可以研究出是什么石头，有什么样的特点，它也许能解答火星的某些科学问题，但是我不知道它是从火星什么地方掉下来的，所以用处还不是太大。
我们也有一个详细的计划，中国还要去探测小行星带，从小行星取样返回。
我们还要去探测太阳系最大的那个行星——木星。木星有69个卫星，它的卫星是连轴转的，我们要探测它一系列的卫星，还要继续对行星际的穿越探测。
所以在我们首次自主火星探测以后，所有的这些探测计划都要逐步实现。
中国有能力飞得更远，我们也应该飞得更远。我们要探测整个太阳系，我们要向太阳系的星辰大海挺进，这就是我们的目标。
所以我真诚地希望年轻的朋友们，希望你们真正地热爱科学，了解科学，学习科学，弘扬科学精神，很好地培养自己的科学思维，将来担当起这种重任，为实现伟大的社会主义强国而奋斗。
青年朋友们，青少年们，祝福你们以后勇于担当，完成我们建设“两个一百年”的梦想，实现我们伟大的强国之梦。
你们一定会实现的！