从1960年开始 火星探测器在火星上探索什么？有什么成果？

火星，太阳系第4行星，以它的红色表面而闻名。对于科学家而言，每当火星在天空中变得更加明亮的时候，也就意味着新一轮火星探险的到来。事隔26个月之后，今年的6、7月又是一个向火星发射探测器的最佳季节。这一次，美国宇航局（NASA）和欧洲航天局（ESA）的科学家打算向火星派遣一支阵容强大的探险队。

水和生命

自从人类步入太空时代以来，火星已经成为了除地球之外被人们研究得最多的行星。科学家拥有详尽的火星地图；从1960年代开始已经有数艘探测器在火星表面着陆，发回了火星表面的照片——红色的沙漠以及无数的碎石，这就是火星给人们留下的印象。

由于火星是太阳系中与地球最相似的行星，科学家最感兴趣的在于火星上是否曾经存在生命，或者现在仍然存在生命。即使是“最相似”的行星，人类也无法忍受火星上高浓度的二氧化碳大气、沙暴和昼夜剧烈的温差。然而，这种环境对于微生物也许不算太恶劣。

但是要在火星表面寻找微生物是相当困难的。由于水是产生和维持生命的必要条件，如果火星表面有水，那么就有可能存在生命。于是，科学家把寻找水作为寻找火星生命的替代方式。即使火星表面存在水，它也不太可能让科学家轻易找到：或者水隐藏在极地的地表以下；或者水早已经蒸发掉了，那么科学家就要寻找火星表面曾经有水的证据，比如冲刷的痕迹或者沉积物。

新的贝格尔号

最新加入在火星寻找生命——或者说找水，现在看来基本上是一回事——行列的是欧洲航天局的“火星特快”（Mars Express）探测器。长期以来火星探测是美国和俄国的专利，而“火星特快”是欧洲人发射的第一艘火星探测器。6月3日，“火星特快”在哈萨克斯坦的拜科努尔航天中心发射升空。

“火星特快”携带有数套科学仪器，用来寻找火星表面或地下可能存在的水、矿物。当“火星特快”到达环绕火星的轨道之后，它会展开一对各长20米的雷达天线。科学家相信，这个雷达发出的低频无线电波可以很好的探测火星地面以下的情况。例如，任何在火星表面之下存在的大量的水都会反射雷达波。同时，“火星特快”还负责研究火星的气候，并为其他探测器充当与地球之间的通讯中继站。

“火星特快”的另外一个特色是携带了一位叫做“贝格尔2号”（Beagle 2）的“乘客”。贝格尔2号是由英国科学家研制的火星着陆器。

尽管它被称作“贝格尔2号”，其实它是这个计划中的第1台火星探测器。所谓的“贝格尔1号”，就是查尔斯·达尔文在他那次著名的环球科学考察中所乘坐的英国皇家海军贝格尔号考察船（HMS Beagle）。达尔文在乘坐贝格尔号环球考察之后，写出了著名的《物种起源》，这次环球考察给达尔文创立进化论提供了支持的证据。为了纪念达尔文的环球旅行，英国科学家把他们的探测器命名为“贝格尔2号”。贝格尔2号的主要任务就是在火星表面的岩石和土壤中寻找生命的痕迹——这一名字同样暗示着它很可能成为人类历史上有一个“最重要的事件”。

与其他火星着陆器相比，贝格尔2号是整体上不能移动的探测器。它的外形就像一只硕大无朋的怀表，直径在1米左右。成功着陆之后，“怀表”的盖子打开，5片太阳能电池伸展出来。贝格尔2号的大部分科学仪器安装在一个机械手上。这只被科学家称作“爪子”（PAW）的机械手负责移动科学仪器对火星的岩石和土壤进行取样、分析。

火星上的牙医

牙科医生也能帮上火星探险的忙？答案是令人意外而又肯定的。贝格尔2号的趣闻之一，就是它携带了两件由中国人参与制造的仪器，而这些仪器的原型则是牙科手术器械。

伍士铨医生是香港的一位牙科医生，他对于太空探险活动有着非同寻常的热情。10多年以前，伍医生把牙科医生使用的钳子加以改进，发明了能够在微重力条件下使用的部件可互换的多用途钳子。尽管有人对于由牙科医生使用的钳子改进而来的工具持怀疑态度，1995年，和平号空间站使用了伍医生发明的钳子——这种钳子能轻而易举地抓住20厘米以下几乎任何形状的物体。

几年以前，伍医生访问了欧洲空间研究技术中心(ESTEC)——欧洲航天局设在荷兰的一个研究机构，为他的发明寻求应用。当时，贝格尔2号的工程师正在寻找合适的岩石和土壤采样工具。最终，伍医生成为了贝格尔2号计划的一部分，他与香港科技大学的科学家合作，为贝格尔2号开发了岩石和土壤的取样设备，其中一件设备能够钻入火星岩石几厘米，从中取出未受污染的岩芯，然后供“爪子”上的仪器分析微生物存在的可能性。另一件设备有点像自行车的打气筒，能够钻入火星的的土壤采集样本，它的前端的设计概念也来自于牙科医生的钳子。

除了贝格尔2号，伍医生发明的钳子还可能用于美国宇航局未来的火星探测计划。最初恐怕没有几个人会想到，在人类身上使用的牙科器械使用在了太空探险上。当被问及人类牙医和“火星牙医”的区别的时候，伍医生幽默地说：“我要问火星的第一件事就是：‘张开嘴，让我看看你有牙齿吗？’”（The first thing I am going ask the martian to do is " OPEN WIDE! HAVE YOU GOT ANY TEETH?".）

漫游者兄弟

按照原定计划，美国宇航局的两部“火星漫游者”将于这个月和下个月发射升空。这是继1997年“火星探路者”踏上火星之后，美国宇航局的探测器再次——如果不算1999年“火星极地着陆器”的失败——到达火星表面。

1997年，“火星探路者”为火星带去了一个微波炉大小的火星车“索杰纳”，它能够以每分钟40厘米的速度前进。而新的“火星漫游者”看上去不仅仅是一个“索杰纳”的放大版本。

“火星漫游者”携带了比“索杰纳”更精密的探测仪器，它的设计目标不是直接寻找水——在“火星漫游者”降落的地区，任何液态水都会在很短的时间里蒸发掉，所以不要指望它能“看到”一个湖——而是寻找水曾经在火星上存在的证据。由于无线电指令的传递需要时间，科学家不可能实时遥控“火星漫游者”。它必须自己对情况做出判断。与“索杰纳”相比，“火星漫游者”每分钟能前进3米。而且，“索杰纳”必须在“火星探路者”主体的“视线”之内，不能离开太远。“火星漫游者”就没有这样的顾虑，它可以每天在火星上行驶100米，总共可以离开最初的着陆地点1公里。由于设计寿命为1星期的“索杰纳”实际上工作了12个星期，科学家期待“火星漫游者”的寿命能够超过预期的90天。

其他计划

除了美国和欧洲的火星探索计划之外，日本也在着手对火星进行科学考察。日本的“希望号”火星探测器于1998年发射升空，但是由于最初的故障导致了推进剂过多消耗，科学家只得让“希望号”选择一条更复杂的飞行轨道，借助引力到达火星。这样一来，“希望号”将在今年年底或者明年年初加入这一次的火星探险队，对火星大气层与太阳风的关系进行研究。

到时候，将会有“火星特快”、“贝格尔2号”、“希望号”和两架“火星漫游者”飞抵火星展开科学考察，再加上仍然工作的“火星环球勘察者”和“火星奥德赛”探测器，一共有7个人造物体在火星上寻找生命、为2007年之后取回火星样本和载人登火星计划作出准备工作。

空间科学尤其是火星探索计划向来吸引着公众的目光，相信今年年底的这次火星探险高潮也不例外。“很多人对火星上或者宇宙中其他地方是否存在生命很感兴趣，”贝格尔2号的任务主管希姆斯（Mark Sims）博士对笔者说，“我希望贝格尔2号能够吸引一些孩子，让他们考虑将来从事与科学技术相关的工作。”

搭载着“小猎犬”着陆探测器的“火星特快”于2日从哈萨克斯坦的拜科努尔发射场借助联盟号火箭成功升空。在3日脱离环绕地球飞行轨道之后，“火星特快”4日又与月球“擦肩而过”，朝着火星这颗给人类带来许多遐想的红色星球继续进发。

这项总计耗资约3.2亿美元的计划，是欧洲第一次独力对另一颗行星进行探测。尤其在人类对火星的探测已经沉寂了一些时日之后，它的出发如同英国广播公司所说，标志着“火星探测的一个新的黄金时代开始了。”与之前人类已经进行的多次火星探测主要目的相同，“火星快车”的使命也集中在寻找火星上存在水的证据以及对其大气、土壤成分进行分析等，以探寻火星上可能存在的生命的痕迹。

“火星特快”是环火星飞行的探测器，在经过大约半年时间的飞行之后它将抵达火星轨道，并对火星进行全火星年（669个火星日，相当于687个地球日）的观测。而“小猎犬”着陆探测器将在火星特快抵达轨道后与其分离，并在火星赤道以北的伊希迪斯平原降落，对火星表面进行为期180个火星日的考察。

继火星特快之后，美国宇航局也将于6月相继发射两个火星探测器。而各国科学家之所以集中选择这一时间展开对火星的探索之旅，是因为火星将在今年8月达到与地球相对最近的距离，约5576万公里——上一次两者之间相距如此之近，要追溯到距近约7万年前的尼安德特人时期。

作为欧洲的第一个火星探测器，火星特快计划最大的特点是“节俭”、“合作”与“多能”。此次计划的成本费用大约为3亿欧元，是历次人类火星探测计划中费用较少的。探测器没有搭乘欧洲宇航局成员国法国的阿丽亚娜火箭升空，一个原因就是其费用要比利用俄罗斯的联盟号贵出许多。此外，探测器上安装的立体摄影机，也是利用1996年俄、德联合发射失败的“火星96”号上所用的改进装置，没有另外付出太多费用。

不过尽管这是次节俭之旅，但探测器的研制、装配集中了欧洲多国科学家的智慧，火星特快的任务依然不轻。探测器携带的“小猎犬”着陆器由英国科学家牵头设计，装配有包括德国、意大利等多国研制的摄像头、传感器、显微镜、机械臂和一间小型实验舱等多个探测科研设备。

据介绍，安装在着陆器上机械臂里的微型光谱仪由德国美因茨大学科学家研制，它可以利用伽玛射线炸开火星上的沙石，之后借助于产生的射线探测火星上的金属元素。根据探测结果，科学家将能推算出火星上“曾几何时”有过多少水。而德国航空航天中心研制出的一种钻头，则可以深入火星表层以下2米，并在不受地表紫外线照射的情况下完成取样，避免样品受到污染影响探测结果。此外，意大利科学家研制的一个探测仪还可以发射出深达火星地表以下几公里的探测射线，并借助于射线的不同反射形式探明火星表层下可能的水或冰的分布情况。

根据计划，火星特快将在大约半年后的圣诞节期间抵达火星轨道，之后展开它的各项科研任务。不知道，这一次它是否可以给我们带来特殊的“圣诞礼物”。