【现货速发】火星全书

　　前言
　　本书为我们讲述了人类认识火星的历史过程，极富洞见。文艺复兴时期，天文学家通过研究火星在天空中的运动，发现了行星运动的规律。望远镜发明后，人们开始研究火星，测量它一昼夜的长度，甚至精细地绘制出火星表面的地图。
　　19 世纪后期， 美国人帕西瓦尔· 罗威尔（Percival Lowell）认为，火星上生活着一群智慧生物，他们建设了纵横交错的运河，把极地冰盖中的水输送到赤道地区。尽管罗威尔对火星的看法遭到了天文学家的反对，却激发了作家们创作经典科幻小说的热情。直到20 世纪中叶，人们还普遍认为，火星上的大片地区都覆盖着茂盛的植被。囿于望远镜观测能力的局限，可以验证这一观点的方法，就是发射探测器。
　　本书内容翔实，还附有研究过程中的很多精彩插图，而火星上的图像更是引人入胜。本书介绍了发射航天器到火星上面临的巨大挑战和技术成就：从初远远地飞越火星，到环绕火星轨道进行运转，再到发射着陆器登陆在火星表面。
　　火星是一个对比十分鲜明的世界。南半球的大部分地区，都是布满撞击坑的高地；而北半球的大部分地区，都是低洼的平原，那里曾经可能有过海洋。火星上的火山和峡谷比地球上的要大得多，宽阔的河流，泛滥的洪水——这些都是火星历史早期的景象。
　　火星经历了的气候变化。过去气候温暖湿润时，生命能在火星上生存吗？而今气候变得干燥寒冷，还会有生命存在吗？我们在火星土壤中寻找微生物的证据，但目前的结果尚不确定。科学家希望探测火星地下，寻找那里曾经有过的微生物证据。在火星上寻找生命，意义十分深远，因为如果生命可以在太阳系的多个地方独立演化，那么，生命在宇宙中也可能无处不在。
　　《火星全书》记录了这段新发现的故事，我们期待大家与航天器一起，迈入新的科技时代，共同探索这颗迷人的红色星球。

　　译者序：火星，人类未来的希望之星
　　在人类的文化意境中，火星不似洁白如玉的月亮，能给人思乡、温暖的情感寄托。不管是东方还是西方，都把夜空中的这颗红色行星，与血腥、灾难、死亡联系在一起，看到它唯恐避之不及。在中国古代，火星被称为“荧惑”星。古人认为，火星荧荧似火，时而顺行，时而逆行，行踪捉摸不定。“荧惑守心”甚至被视为象征灾难来临的“至凶”星象。但是，火星之所以会在心宿内停“留”，只是因为从地球上看过去，火星似乎与心宿二靠得很近。其实两者中，一个在太阳系内，一个远在数百光年以外，实在是八竿子打不着，压根不会对我们的生活造成什么影响。在古希腊神话中，火星被称为战神阿瑞斯(Ares)，是宙斯与赫拉的儿子，属于希腊神话中奥林匹斯山的十二主神之一。在罗马神话中，战神被称为玛尔斯（Mars），是朱庇特和朱诺的儿子。Mars也是火星的英文名称。
　　每隔26 个月地球正好位于火星和太阳之间的连线上，被称为火星冲日。太阳刚落山，火星就从东方升起，是观测火星的时机。望远镜发明后，天文学家利用火星冲日的时机，绘制了一系列火星地图，虽然那时候看到的火星还比较朦胧。初只是肉眼可见的一个小圆点，后来发现这其实是一个圆盘，接着识别出火星圆盘上的一些宏观特征，如V 形黑斑、南北极冰盖等。他们认识到，火星的自转周期与地球相似，自转轴也像地球一样是倾斜的，因而也会有一年四季。他们甚至还推测出，火星的大气层非常稀薄，可能还会有云层。本书中附有不同时代绘制的火星地图，直观展现了人类对火星认识的逐步深化。
　　人类认识火星的主要的成就，还是进入航天时代之后取得的。从刚开始时远距离蜻蜓点水式的飞越探测，到实现环绕火星进行全球遥感，再到航天器登陆火星表面，派出火星车进行巡视；从早期搭载在“火星探路者号”上小巧玲珑的“索杰娜号”火星车，到双胞胎火星车“机遇号”和“勇气号”，再到正在执行任务的“好奇号”火星车；三代火星车的质量从11.5 千克、170 千克，提高到900 千克，体型一个比一个大，着陆技术一次比一次先进，功能一个比一个强。火星探测由表及里，从对火星表面的探测，到探测火星内部的能量和结构。这一切，展现的是火星探测技术进步的历程。
　　火星探测在技术上并不容易。就登陆火星而言，1971 年，“火星3 号”成为首个登陆火星的航天器， 虽然“ 海盗1 号”（1976 年）、“ 海盗2 号”（1976 年）、“ 索杰娜号”（1997 年）、“ 机遇号” 和“勇气号”（2004 年）、“凤凰号”（2008 年）、“好奇号”（2012 年）都成功登陆，与此同时，也不应忘记，建立这些成功的基础是“火星2 号”（1971 年）、“火星6 号”（1973 年）、“极地着陆器”（1999 年）、“深空2 号”（1999 年）、欧洲空间局研发的火星探测器“猎兔犬2 号”（2003 年）和“斯基亚帕雷利号”（2016 年）等失败任务的累积。这些价值数十亿的航天器，虽然一个个消失在太空中，但并没能阻挡我们前赴后继探索火星的步伐，才换来了如今火星登陆技术的逐渐成熟。
　　长期以来，火星探测似乎是美国人的专利。正如20 世纪60~70 年代美苏在载人登月领域的竞争，早期火星探测同样以美国人的胜利宣告终结。1998 年，日本发射“希望号”火星探测器，遭遇失败。进入21 世纪以来，欧洲国家和印度先后加入火星探测行列。在2020 年的火星发射窗口，欧洲空间局将和俄罗斯联合实施火星生命2020 计划，美国也会发射价值20 多亿美元的新一代火星车。而中国，将独立自主开展首次火星探测，从零开始，在一次任务中实现环绕、着陆和巡视三大目标，完成了前所未有的技术跨越。
　　在美国国家航空航天局的太空探索计划中，火星始终占据核心地位。根据特朗普签署的太空政策一号令，美国把太空探索战略聚焦在“从月球到火星”的宏伟计划。航天员将从地球出发，在五年内登陆月球。但与阿波罗时代的载人登月不同的是，这次不仅要实现重返月球的壮举，他们的目标更加明确、更加远大：计划在2033 年左右，实现人类历史上首次载人登陆火星的梦想，实现从月球（卫星）到火星（行星）的跨越。
　　火星曾经备受科幻作家的青睐。这颗红色的星球，给了他们足够的想象空间。19 世纪，科幻作家根据望远镜中看到的隐隐约约的“蛛网”结构，想象认为，火星上的居民正面临着干旱灾害，他们挖掘了大规模的运河网络，将极地的冰雪融水，输送到赤道地区进行灌溉，以发展农业。当代科幻大师金·斯坦利·罗宾逊(KimStanley Robinson) 创作了人类太空移民计划三部曲《红火星》《绿火星》《蓝火星》。2015 年，硬科幻太空大片《火星救援》上映，再次将人类对火星的幻想拉到极具现实感的未来场景。
　　随着一个个轨道器环绕火星进行全球遥感，一台台着陆器登陆火星表面，一辆辆火星车在表面行驶，在过去几十年里，人类对火星的认识越来越深刻。火星已经成为除地球以外，人类了解得为透彻的一颗行星。
　　这些年来，搜寻火星上的水取得了重要进展。刚开始，人们只是在火星表面发现了海岸线、冲积扇、三角洲等大规模的水流遗迹。后来发现，火星的极地冰盖下面有大型的湖泊；大气中有微量的水，甚至可以结成露珠；土壤中有水，含水量相当于地球干旱地区土壤中的水量。再后来，又在一些峭壁和悬崖等特殊的地区，发现了埋在地下的冰层，冰盖下的大型湖泊，甚至可能还有正在流动的液态水。所以，火星上一点也不缺水。
　　跟地球一样，火星也是类地行星的一员。我们知道，现在火星上还没有发现生命。但是，火星曾经跟地球一样，有过温暖湿润的环境，有过浓密的大气层，拥有江河湖海的时间可能长达十亿年。一些盆地内的湖泊，水质呈酸性，环境也很稳定，与地球上生命起源时的水环境很相似。在未来很长一段时间内，火星探索的关键问题将聚焦在，火星上到底是否孕育过生命呢？如果有证据证明，火星上有过生命，那么，生命在宇宙中就不再是独一无二奇迹般的存在，在其他星球上发现生命只是时间问题。如果终证明火星上没有孕育过生命。那么，地球上的生命不仅十分孤独，而且尤为宝贵，传统的生命起源理论将面临重大考验。
　　研究火星的目的，终是为了认识地球，造福人类。如果我们考察太阳系的宜居带，就会发现，宜居带靠里侧的是地球，靠外侧的是火星。火星是太阳系中与地球环境为相似的一颗行星，也是人类有可能实现大规模移居的行星。目前，国家力量仍然是火星探测的主力军。同时，商业力量也在崛起。美国太空探索技术公司已经成功研制出重复利用的火箭、重复利用的飞船，终目标是为了建立从地球到火星的廉价航线。一旦建立这样的航线，人类在火星上生活将不再是科幻故事。马斯克甚至放言，地球不配他为之牺牲，要死就死在火星上，他希望有朝一日能在火星上退休。说实话，我特别希望他能成功。与此同时，中国的商业航天已然觉醒，假以时日，这些民营公司的力量和前景不可小觑。
　　本书之所以被称为《火星全书》，是因为它所包括的内容十分广泛。从望远镜发明之前，人类对火星的肉眼观测，到望远镜发明后，对火星的早期观测，再到航天时代对火星的深空探测，展现了人类认识火星的历史图景。不仅介绍了火星探测的历史和正在发生的现实，还展望了人类在可以预见的将来登陆火星的愿景。不仅介绍了实实在在的科学发现和技术突破，还介绍了以火星为主题的科幻小说。不仅介绍了火星表面的地形、水、大气、环境，还介绍了火星内部和地下的情况。因此，这是一本介绍火星的过去、现在和未来的全景式的科普书，把它称为《火星全书》是十分恰当的。
　　我们只有一个地球。一片荒凉的火星时刻提醒着我们，要保护地球，珍惜地球，积极行动起来，应对地球面临的环境变化。
　　充满希望的火星，吸引着我们前往探索。在某种程度上，人类这个物种能否永续生存，取决于我们对火星的探索。
　　火星探测已经有50 多年历史，美国、俄罗斯、欧空局、印度、日本等，都曾经实施过火星探测。中国作为火星探测的后起之秀，在综合考虑航天技术能力和国际火星探测发展趋势的基础上，经过多年论证，终于启动了火星探测工程，计划在2020 年，实现环“绕”、“着”陆、“巡”视。在一次任务中，实现以往需要两到三次任务才能实现的目标；在2030 年前后，中国从火星上采集土壤和岩石并返回地球。我国将从火星探测的旁观者，正式登上舞台的中央。希望我们翻译的这本书，有助于向公众特别是青少年普及有关火星的知识，激起他们对这颗红色星球的好奇。希望他们有朝一日，接过火星探测的接力棒。
　　郑永春、刘晗
　　2019 年5 月于北京

　　后记
　　一开始，我们被火星血红色的外表深深地迷住了。随后，我们研究了它在天空中的运动，了解到火星是如何围绕太阳运行的。
　　望远镜的发明，让火星变成了一个拥有神奇表面特征的世界，我们得以确定它的自转周期和季节变化。望远镜的改进，又让我们绘制出更详细的地图。一些望远镜观测到了火星上的直线网格，人们猜测它是由濒临灭绝的一种智慧生物建成的。虽然，我们终放弃了这一猜想，但人们一致认为，火星上拥有某种类型的植被。
　　飞越火星的探测器显示，火星表面十分古老，地质运动也不活跃，上面还有很多撞击坑。但遥感图像表明，火星上的地质活动实际上非常活跃，很快就推翻了前面的观点。火星的山峰比珠穆朗玛峰（Mount Everest）还要高，上面的火山口证明它们是古老的火山。火星上的峡谷系统，比科罗拉多大峡谷（Grand Canyon）还要更长、更深。洪水的切割范围，比地球上的任何地方都要大得多。所有这一切，对地质学家来说都具有吸引力。那么，生命呢？“海盗号”探测器试图回答火星土壤中是否有微生物的问题，但无法确切证明它们存在与否。
　　后来，搭载多光谱相机和许多其他传感器的轨道器，绘制了火星表面矿物和近表面水的分布图。我们渐渐认识到火星环境是如何被改变的。在远古时期，火星上的大气层比现在更厚，气候也更加温暖湿润。
　　现在，火星车正陆续穿越火星表面，充当野外地质学家，寻找曾有利于生命繁衍的证据，尤其是在那些古老的湖泊中。
　　虽然，机器人探测器能力很强，但它们只不过是牵引载人探测火星的先行者。原本，人类登陆火星只存在于科幻小说中，如今，这很快就会成为现实。我们虽不能确定人类什么时候才能在火星上踏出步，但踏出步的人或许已经出生了。本书或许有助于激发他们探索火星的热情！

　　火星上是否存在水源？火星上是否有生命？航天器如何在火星上工作？火星适合人类居住吗？人类何时移民火星？读懂了这本，也就读懂了火星。

　　《火星全书》从45亿年前至今的火星全记录。自古至今，火星都是人类*向往的行星。 本书介绍了火星的过去、现在和未来，从用望远镜观测火星、早期的火星理论，到发射航天器观测火星，再到派出火星车直击火星、寻找火星上的生命、火星遥感新的视野、寻找关于火星的正确答案，之后还介绍了科幻作品中的火星以及人类何时登陆火星。在*后，以编年史的形式记录了人类历次探测火星任务，以及关于火星的信息、火星与地球的对比、火星的大气层、火星地图等等。
　　另外，书中还包含200多张等来自NASA等权威机构的图片，让读者一睹火星的壮观面貌和不为人知的细节。丰富的史实、详实的知识、精美的图像，人类探索火星伟大瞬间全记录，带领你全面而充分地认识火星。

　　作者
　　大卫·M.哈兰德博士(David M. Harland )
　　英国著名天文和太空科普作家，世界科技出版集团斯普林格公司旗下实践(Praxis)丛书的主要签约作家。毕业于英国圣安德鲁斯大学，获得天文学学士和计算机博士学位。曾供职于学术界和计算机行业，自1995年转为全职科普作家，创作和主编30多部作品，20多年深耕天文、行星、太空科技、太空探索等领域。

　　译者
　　郑永春博士
　　行星科学专家、科普作家、中国科学院国家天文台研究员，现任中国科普作家协会副理事长、中国科协月球与深空探测领域全国首席科学传播专家、*义务教育课程标准修订组成员、教科版小学《科学》教材编写组成员、果壳网科学顾问，2016年获美国天文学会卡尔·萨根奖，成为获得该奖的位中国科学家。
　　刘晗
　　北京外国语大学翻译学博士生在读，北京师范大学天文学学士、翻译硕土。北京市优秀毕业生，北京师范大学优秀毕业生。《中国国家天文》《环球科学》等杂志译者，合译有《冥王星沉浮记》等书。

前言 
译者序
作者序

章 研究起步
1.天体运行 
2.望远镜观测的先驱 
3.早期地图 
4.火星的卫星 
第二章 火星理论
1.斯基亚帕雷利的约数 
2.罗威尔的火星人 
3.火星上的环境 
第三章 直击火星
1.飞越快照
2.全球视角 
第四章 寻找生命
1.探测策略  
2.“海盗号”着陆器  
3.克里斯平原上 
4.这也是个乌托邦 
5.争议四起  
6.微生物 
第五章 遥感视野
1.蹒跚起步  
2.“火星全球勘测者号” 
3.食尸鬼的盛宴 
4.“奥德赛号”的洞察  
5.欧洲加入  
6.“火星勘测轨道器”的探测目标
7.地质年代序列  
8.印度的火星轨道器 
9.丢失的大气层 
10.嗅寻甲烷 
第六章 寻找答案
1.“火星探路者号” 
2.探索受挫  
3.机器人野外地质调查  
4.古谢夫撞击坑内的“勇气号”  
5.子午线高原上的“机遇号”
6.“凤凰号”找到冰  
7.盖尔撞击坑中的“好奇号”  
8.火星内核 
9.未来火星车  
10.2020年中国首探火星，一举实现三个目标
第七章 火星科幻
1.《星际战争》  
2.《火星（巴松）》与约翰·卡特  
3.广播剧恐慌  
4.《火星纪事》 
5.《红色星球》  
6.《火星沙》  
7.太空时代小说 
第八章 登陆火星
1.太空旅行 
2.早期设想 
3.阿波罗计划后的提议 
4.做什么，怎样做，何时做  
5.先进推进器 
后 记
火星地图  
火星探测任务编年史 
火星与地球的比较 
火星大气  
图片来源中英文对照  
扩展阅读  
译者后记 

　　火星上是否存在水源？火星上是否有生命？航天器如何在火星上工作？火星适合人类居住吗？人类何时移民火星？读懂了这本，也就读懂了火星。

　　《火星全书》从45亿年前至今的火星全记录。自古至今，火星都是人类*向往的行星。 本书介绍了火星的过去、现在和未来，从用望远镜观测火星、早期的火星理论，到发射航天器观测火星，再到派出火星车直击火星、寻找火星上的生命、火星遥感新的视野、寻找关于火星的正确答案，之后还介绍了科幻作品中的火星以及人类何时登陆火星。在*后，以编年史的形式记录了人类历次探测火星任务，以及关于火星的信息、火星与地球的对比、火星的大气层、火星地图等等。
　　另外，书中还包含200多张等来自NASA等权威机构的图片，让读者一睹火星的壮观面貌和不为人知的细节。丰富的史实、详实的知识、精美的图像，人类探索火星伟大瞬间全记录，带领你全面而充分地认识火星。

　　作者
　　大卫·M.哈兰德博士(David M. Harland )
　　英国著名天文和太空科普作家，世界科技出版集团斯普林格公司旗下实践(Praxis)丛书的主要签约作家。毕业于英国圣安德鲁斯大学，获得天文学学士和计算机博士学位。曾供职于学术界和计算机行业，自1995年转为全职科普作家，创作和主编30多部作品，20多年深耕天文、行星、太空科技、太空探索等领域。

　　译者
　　郑永春博士
　　行星科学专家、科普作家、中国科学院国家天文台研究员，现任中国科普作家协会副理事长、中国科协月球与深空探测领域全国首席科学传播专家、*义务教育课程标准修订组成员、教科版小学《科学》教材编写组成员、果壳网科学顾问，2016年获美国天文学会卡尔·萨根奖，成为获得该奖的位中国科学家。
　　刘晗
　　北京外国语大学翻译学博士生在读，北京师范大学天文学学士、翻译硕土。北京市优秀毕业生，北京师范大学优秀毕业生。《中国国家天文》《环球科学》等杂志译者，合译有《冥王星沉浮记》等书。

　　2020 年中国首探火星，一举实现三个目标
　　2016 年 1 月，中国首次火星探测任务正式立项。经过几年的研制，2020 年在海南文昌航天发射场，利用长征5 号运载火箭发射，通过环绕火星的轨道器、火星表面着陆器、火星车等三个航天器，天地联合探测火星。火星探测器经过约7 个月的飞行，抵达火星轨道。也就是说，我国自主研发的个火星探测器将于2021 年到达火星，随后着陆在火星表面并进行巡视探测。
　　根据地球与火星的位置关系，每 26 个月火星会有一个发射火星探测器的时间，叫作发射窗口。在这个时间发射，将节省火星探测器的燃料，缩短抵达火星的时间。2020 年就是一个火星发射窗口，历时约1 个月。如果错过这次机会，只能再等26 个月。
　　虽然，中国已经开展了四次月球探测任务，全部取得成功，但在探测火星方面，我国还是“后来者”。不过，通过探月工程的锻炼，我们已经掌握了深空探测器的轨道设计、自主导航、测控通信、表面软着陆等关键技术，积累了丰富的经验，为火星探测任务的成功实施奠定了坚实的基础。
　　中国首次火星探测任务，将探测火星的空间环境、地形地貌、地表结构、大气运动等重要信息，为下一阶段的探测任务收集基础数据。中国首次火星探测任务虽然起步较晚，但奋起直追的决心很大。此前，只有美国在一次火星探测任务中，成功实现“绕”和“落”，欧洲曾两次尝试火星表面着陆，但都以失败告终。我国首次火星探测，在一次任务中，实现“绕、落、巡”三大工程目标，这在世界火星探测历史上也是前所未有的。当然，我们面临的挑战也空前巨大。
　　人类已经开展了40 多次火星探测任务，但只有 18 次获得了成功，成功率仅40%。探索火星的旅途并非坦途，需要经历长达7-8 个月的行星际飞行、飞行旅程数亿千米，从地球上发过去的信号需要20 多分钟之后，才能被火星探测器收到。在进入大气层之后，要经历7 分钟左右的急刹车，避免高速撞击到火星表面坠毁。即便经历重重困难，终于成功登陆火星，火星车还要穿越崎岖不平、坑坑洼洼的地形，经历强风和大范围的沙尘暴，承受火星表面强烈的宇宙射线照射，这些都是我们要面对的难题。
　　在中国首次火星探测任务中，环绕火星上空运行的轨道器上，将搭载高、中分辨率相机，光谱仪、磁强计、雷达探测仪、离子和中性粒子探测仪等科学仪器；火星车上将搭载探达、相机、光谱仪、小型气象站、磁场探测仪等科学仪器。利用这些科学仪器获得的探测数据，将帮助我们更好地认识