全盛序幕

1996年底，NASA火星全球探勘者号（MGS）环绕器发射成功，次年进入环火星轨道。在长达9年的火星岁月里，这颗探测器取得了诸多令人惊叹的科学成就。

火星全球探勘者号工作的艺术想象。© NASA/JPL

它用激光高度计获取了迄今为止分辨率最高的火星全球地形数据（MOLA），至今仍是各种科学探测和研究的重要参考。

火星全球勘探者号获取的火星地形图，越红越高，越蓝越低。© NASA/MOLA [10]

通过这些地形数据，科学家们让火星北半球低地中许多被掩埋的古老撞击坑和盆地“重见天日”，这意味着火星看似平坦的北部低地其实并不比撞击坑遍布的南部高地年轻，反而更加古老。

火星全球勘探者号（MGS）MOLA地形数据揭示的“隐藏”撞击坑。来源：参考文献 [11]

它发现了数百处流水形成的冲沟，这意味着火星表面可能在不久的过去还有过液态水流动。

火星全球勘探者号MOC相机拍摄的火星表面的冲沟。© NASA/MOC

……

火星全球探勘者号正式开启了这后三十年火星探测的全盛时代。自此，对火星进行全方位、更深入的科学探测成为各国火星探测的核心目标。

火星“飚”车

1997年，火星探路者号着陆器带着人类第一辆火星车旅居者号成功登上火星表面。作为NASA第二届“发现级”项目“成员，“更快、更好、更便宜”是它们的立身之本。

正在被折叠“打包的火星探路者号着陆器和旅居者号火星车。© NASA/JPL [12]

更轻、更小的火星探路者号首次使用气囊来完成降落伞之后的缓冲减速，然后类似我国的嫦娥三号/四号，在着陆成功之后释放火星车旅居者号。

被塞入气囊之中的火星探路者号和旅居者号，在着陆火星的最后阶段借助气囊多次弹跳来实现缓冲，最终安全停留在火星表面。© NASA/JPL [13]

尽管两个着陆任务仅仅工作了三个月（但已超过设计寿命），火星车仅累计移动了约100米，但火星探路者号和旅居者号作为探索火星的“先头部队”，为后续NASA的火星着陆任务验证了技术、开辟了道路。

石头左边的那个小家伙就是旅居者号，仅重10.5公斤。© NASA/JPL  [14]

寻水而来

二十一世纪悄然来临。2001发射窗口里，NASA将环绕器火星奥德赛号送往火星。

火星奥德赛号工作示意图。© NASA/JPL [15]

火星奥德赛号的重大成就之一是它搭载的伽马射线谱仪（GRS）首次在火星上探测到了氢的存在，间接证实了火星地下含有水冰 [16]。

火星奥德赛号的伽马光谱仪测量的火星全球超热中子量分布，越红越高，越蓝越低。因为超热中子被氢原子慢化的效率最高，所以观测到的超热中子量越低就代表氢的富集度（水冰含量）越高，白线划定的区域被认为地表80厘米以下有稳定存在的水冰。图片来源：参考文献 [16]

这艘探测器至今仍在一圈一圈环绕着火星进行科学探测，同时还为火星上的着陆任务提供通讯中继，它是目前为止所有的火星探测器里最超长待机的一个。

火星奥德赛号为着陆任务提供通讯中继示意图。© NASA/JPL [15]

2003发射窗口，欧空局发起了对火星的首次尝试，将环绕器火星快车号和着陆器小猎犬2号送往火星。

火星快车号（三根天线是测地雷达）和小猎犬2号艺术想象。© ESA

火星快车号绝对称得上首战成名，虽然小猎犬2号着陆后失联了，但丝毫不妨碍火星快车号一路开挂的科学发现。

火星快车号搭载的可见光与红外线矿物光谱仪OMEGA在火星表面多处检测出了粘土（也就是水合层状硅酸盐）等水合矿物，表明火星表面在很久以前很可能有大量液态水流过 [17]。

OMEGA探测到的火星水合矿物分布。© ESA/CNES/CNRS/IAS/Université Paris-Sud, Orsay; NASA/JPL/JHUAPL; 底图：NASA MOLA [17]

火星快车号的测地雷达MARSIS更是首次在火星地下发现了疑似液态水湖 [20]。（详见：这一次，我们在火星找到了冰下湖？）

疑似冰下湖的位置（对应着高反射强度，图中蓝色区域）。来源：ESA和参考文献 [18]

火星快车号眼中冰封世界，宛若仙境▼

水冰覆盖的科罗廖夫撞击坑，由火星快车号的HRSC相机影像和数字高程模型共同生成。© ESA/DLR/FU Berlin

NASA在这个赛季也同样辉煌：孪生机勇气号、机遇号火星车相继成功发射，并在2004年1月相继着陆在火星遥遥相对的古谢夫撞击坑和子午平原，它们的目标是探寻火星上的水。

勇气号和机遇号火星车。© NASA/JPL [19]

由于只能通过太阳能板供电，勇气号和机遇号原本的设计寿命只有90天。然而，谁也没有想到，原本被视为灾害的火星尘卷风却时不时帮它们清除了太阳能板上的灰尘，让它们能够活力四射地继续工作了好多年。勇气号和机遇号的探测结果进一步证明火星曾经有过温暖湿润的环境，那时候的火星或许是适宜生命存在的。

机遇号发现的“蓝莓”（赤铁矿结核）和石膏脉（水合硫酸钙矿物），均是火星曾有过温暖湿润环境的证据。© NASA/JPL

2007年，NASA凤凰号着陆器发射升空，次年降落在火星北极一带，是目前人类最北的火星着陆任务。凤凰号和后来的洞察号着陆器采用的都是传统的反冲火箭着陆方式，而且两者在外形上也有直接的继承。

过于相似.jpg © NASA/JPL

挖土小能手凤凰号不负众望，很快就在着陆区一带的土壤下挖出了高纯度水冰，堪称“火星有水”的一记实锤。

（左）凤凰号工作假想图；（右）凤凰号挖出的水冰，注意左下角新挖出的水冰4个火星日后挥发消失了。© NASA/JPL