惊鸿一瞥

如果说望远镜的发明“升级”了人类的肉眼，那探测器的登场则为人类的凡胎插上了翅膀。

和“想要近距离看清火星”的望远镜时代相似，想要“近距离探测火星”，依然需要等待每26个月一次的“窗口期”，只不过，这次的窗口期从“火星冲”这样“距离上的最近”（观测窗口），变为了让探测器最节省燃料的“能量上的最近”（发射窗口）。

每当火星相对于太阳的位置领先于地球44度角左右的时候，从地球发射的探测器经过一个椭圆轨道（也就是“地火转移轨道”）后刚好会在几个月后与火星自然相遇，这样的时机每26个月出现一次。注意，这样的发射时机并不对应于火星距离地球最近的时刻。改编自：NASA

在1964年的火星发射窗口里，NASA一口气先后发射了孪生机水手3号和4号。11月5日发射的水手3号，在发射阶段就遇到了一箩筐问题：探测器没能完全从头锥中弹出、太阳能板没能展开、电池耗尽……最终发射失败。

孪生机水手3号和4号的外形。© NASA

但正是这些问题的发现为弟弟水手4号走向人生巅峰铺平了道路。仅仅在23天后的11月28日，修复了所有已知问题的水手4号顺利发射，又在8个月后成为了人类第一个飞掠火星并传回火星照片的探测器。

水手4号共拍摄并传回了22张火星南半球的照片，让人类第一次近距离看到了火星表面的样子。它还对火星大气、磁场和空间环境做了初步探测。水手4号的探测结果基本打破了人类对“火星人”的幻想：相比于地球，火星大气稀薄，表面像月球那样撞击坑遍布。这里荒凉而沉寂，没有发现任何支持火星人这样的复杂智慧生命存在的证据。

1965年7月15日，水手4号飞掠火星时拍摄的火星表面照片。© NASA [4]

生死时速

飞掠火星看到的一点惊鸿掠影当然不能让人类满足，环绕火星展开长期探测才能将全球每个角落收入眼底。1971年发射窗口，美国和苏联迎来了激烈的“火星争夺赛”。

在短短21天里，美苏相继发射了5颗火星环绕器。最终，NASA水手9号后发先至，率先于1971年11月14日进入环火星轨道，成为人类第一个火星环绕器。自此，人类终于可以驻留在火星附近长期观测了。

“生死时速”——1971火星争夺赛。制图：haibaraemily

水手9号、火星2号和火星3号抵达火星时，好巧不巧正赶上火星全球性的沙尘暴。但水手9号迅速调整了状态，坚持到了沙尘暴平息，最终获得了远优于火星2号和3号探测成果。仅就拍照这一项，水手9号就拍摄了并传回了7329张火星表面照片（相比之下火星2号和3号共传回了60张照片），覆盖了火星表面85%的区域，一举超过了之前所有火星探测器的拍摄总和。

火星运河并不存在▼

使用水手9号数据绘制的火星地图。© USGS [5]

巨大的火山、深长的峡谷、复杂的渠道、熔岩的遗迹、甚至火卫一和火卫二的表面——在水手9号的帮助之下，火星和两颗火卫的大部分面目，终于一一暴露在了地球人的视野之下。火星最壮观的水手峡谷，就是以水手9号命名的。

水手9号拍摄的火星表面和火卫一。© NASA [6]

踏上火星

环绕探测固然能为我们提供火星近乎全球的整体信息，但实地考察的重要性也不可替代。没有什么比真正踏上火星表面，近距离探测火星更让人类心驰神往。

1975年火星发射窗口里，NASA先后发射了孪生机海盗1号和海盗2号（Viking）。每艘海盗号都由环绕器和着陆器组成，环绕器进入环火星轨道飞行了一段时间后才择机释放着陆器。

海盗号着陆器采用了最最传统的降落伞+反冲火箭的着陆方式，和后来的凤凰号、洞察号如出一辙。

海盗号1号/2号轨道器和着陆器。© NASA

1976年7月20日和9月3日，短短一个半月间隔里，海盗1号和2号的着陆器相继踏上火星遥遥相对的两片土地：克律塞平原和乌托邦平原。

海盗1号和2号着陆点。底图：MGS

它们不仅是美国第1、2个成功着陆火星的探测器，也是人类头两个成功着陆火星并顺利开展工作的探测器。

第一张在火星表面拍摄的照片▼

1976年7月20日，海盗1号着陆几分钟后拍摄传回。© NASA/JPL-Caltech [7]

第一张火星表面拍摄的彩色照片▼

1976年7月21日，海盗1号着陆器拍摄，红色的表面可能是褐铁矿（水合氧化铁），这种矿物在地球上是水和氧化性大气环境下的产物。© NASA/JPL-Caltech/PIA00563

尽管严格来说，苏联的火星3号才是第一个成功软着陆火星表面的探测器，但非常遗憾的是它在着陆仅20秒后就迅速失联，没能顺利开展探测工作，连拍摄的第一张照片都没能传全乎 [8]。

火星3号着陆器传回的唯一一张“照片”。© 苏联 [8]

没有人知道火星3号着陆器携带的火星车是否成功释放，是否在火星上走上过几步。

有一说一，这个命运不可知的火星车动起来还是蛮灵的：火星车（×）火星狗（√）。来源：SpaceLin [9]

海盗号的两艘环绕器也各自精彩。它们在任务期间拍摄了大量火星以及两颗火卫表面的高清照片，质量远胜于之前的水手9号任务，覆盖率更是高达火星表面积的97%，再一次刷新了人们对火星表面的认识。

由海盗1号环绕器拍摄的102张照片拼接而成，中间可见清晰的水手号峡谷，左边缘可见火星著名地标“三颗纽扣”——塔尔西斯盾状火山群。编号：MG07S078-334SP

海盗号的成功标志着美国在太空竞赛火星赛场上的压倒性胜利，此后，美苏都陷入了长时间的沉寂。