上文書(shū)講到了洞察號(hào)打洞失敗，原本起碼要打到地下5米，結(jié)果僅僅打了30厘米就下不去了。這次失敗實(shí)在是讓人心里堵得慌。畢竟“洞察號(hào)”是迄今為止第一個(gè)，也是唯一一個(gè)全職火星行星物理探測(cè)器，是人類探索火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化的重要項(xiàng)目，盡管它是個(gè)多快好省型項(xiàng)目。但是，因?yàn)檠邪l(fā)的拖延，前前后后已經(jīng)花了8億多美元了。這東西是真的不便宜。

洞察號(hào)最主要的兩項(xiàng)任務(wù)，一個(gè)是安放火星地震儀，這一項(xiàng)是相當(dāng)成功的。發(fā)送回了大量的有效數(shù)據(jù)。但是第二項(xiàng)在火星上打洞，安裝熱流探測(cè)器，這項(xiàng)任務(wù)可以說(shuō)是徹底失敗。難道說(shuō)，這事兒靠機(jī)器干不了，非要靠宇航員親自動(dòng)手來(lái)打洞？無(wú)人設(shè)備真的難以適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境嗎？這是個(gè)很重要的問(wèn)題，涉及到未來(lái)如何決策，到底是再次發(fā)射無(wú)人探測(cè)設(shè)備，還是說(shuō)等到人類登上火星的那一天，再去研究打洞的問(wèn)題？

阿波羅15、16、17號(hào)攜帶的手工鉆機(jī)

答案顯而易見(jiàn)，宇航員登陸火星，那不知道要拖到猴年馬月了。還是要立足于無(wú)人探測(cè)器才行。這次失敗，到底問(wèn)題出在哪里呢？到底是設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的，還是說(shuō)遇到了什么未曾預(yù)料的情況呢？

負(fù)責(zé)研發(fā)鼴鼠的項(xiàng)目組表示，這是遇到了前所未見(jiàn)的情況，誰(shuí)知道火星上的土壤到底是什么特性呢？畢竟此前也沒(méi)人在火星上打洞對(duì)吧，哪里會(huì)想到土壤的摩擦力居然是不足的。此前的探測(cè)器雖然發(fā)送回來(lái)了一些關(guān)于土壤的數(shù)據(jù)，但是天知道火星上的土壤有多少種呢？每個(gè)地方的土壤都一樣嗎？地球上的土壤千差萬(wàn)別，各個(gè)地方都不一樣，火星上想必也是啊。

所以，歸根到底，這是對(duì)火星的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，以及運(yùn)氣太差導(dǎo)致的。到了2020年，研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)布的論文似乎透露了一點(diǎn)不一樣的信息。他們?cè)诘孛鏈y(cè)試的時(shí)候，就已經(jīng)遇到了鼴鼠打洞打不下去，反而倒退著跳出來(lái)的情況。這到底是怎么回事呢？當(dāng)時(shí)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在做地面測(cè)試的時(shí)候，采用了三種不同的土質(zhì)來(lái)模擬火星的情況。第一種以石英砂為主。第二種是以玄武巖為主，第三種就是玄武巖碾碎以后，很灰塵混合在一起。

地面人員在沙箱里模擬鼴鼠在火星上遇到的困境，試圖尋找解決方案

結(jié)果，在第一種石英砂土壤之中，鼴鼠的打洞還比較順利。但是在第二種和第三種之中，就不那么順利了，出現(xiàn)了鉆不下去，加長(zhǎng)了敲擊時(shí)間，鼴鼠反而倒退著跳出來(lái)的情況。這種情況和后來(lái)在火星上遇到的簡(jiǎn)直是如出一轍。其實(shí)這個(gè)問(wèn)題在地面測(cè)試的時(shí)候就已經(jīng)出現(xiàn)了。

現(xiàn)在出了問(wèn)題了，那么該如何解決呢？現(xiàn)實(shí)情況是根本沒(méi)時(shí)間解決。發(fā)射時(shí)間已經(jīng)臨近了，不可能繼續(xù)拖下去。本來(lái)，洞察號(hào)項(xiàng)目只有4.5億美元的預(yù)算，由于火星地震儀拖期導(dǎo)致的延誤，不得不延遲兩年發(fā)射，這已經(jīng)造成了預(yù)算的飆升，直接就漲了1.5億美元。后來(lái)，因?yàn)槠渌s七雜八的費(fèi)用上漲，整個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)得資金已經(jīng)奔著8億美元去了。再加上這是一個(gè)多方合作項(xiàng)目，歐洲人出的錢不能不算，林林總總加起來(lái)，恨不得要10億美元了。

探測(cè)器去火星是需要窗口期的，不是說(shuō)走就走，這個(gè)窗口期要是沒(méi)趕上，那就必須再等26個(gè)月，又要產(chǎn)生大筆的維護(hù)費(fèi)用，這個(gè)錢到底誰(shuí)出？所以，鼴鼠的研發(fā)項(xiàng)目組一咬牙一跺腳，就只上報(bào)了在石英砂質(zhì)土壤之中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，看上去結(jié)果還不錯(cuò)。這樣不就過(guò)關(guān)了嘛，可以按期發(fā)射。結(jié)果呢，你糊弄上級(jí)，糊弄不了大自然啊。人家直接讓你在火星表面丟人現(xiàn)眼唄。

現(xiàn)在怎么辦呢？只能盡量延長(zhǎng)洞察號(hào)的工作時(shí)間。盡量多的獲取地震數(shù)據(jù)，這樣才能值回造價(jià)。好在它在地震探測(cè)方面工作非常出色，自打它在火星上安了家以來(lái)，捕捉到了好幾百次火星地震?？茖W(xué)家們根據(jù)其中35次地震的數(shù)據(jù)，大致描繪出了火星內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。和地球相比來(lái)講，通俗的講，皮一樣厚，瓤子比較少，核比較大。

火星的半徑差不多只有地球的一半，地球的地核半徑為3480公里。火星的內(nèi)核為1830公里。半徑差不多也只有地球的一半。這個(gè)比例倒也差不多。這種球形的大行星，都經(jīng)歷過(guò)分異的過(guò)程。想當(dāng)初，這個(gè)大球在形成的時(shí)候，都處于熔融狀態(tài)，密度大的物質(zhì)都往內(nèi)核里沉淀，比較輕的物質(zhì)飄在最上層，你別看地面上的石頭好像是挺沉的，其實(shí)密度并不算大。大理石和花崗巖，密度和玻璃以及鋁差不多。平均也就在2.5~3.2克/立方厘米之間。地幔組成物質(zhì)就比如橄欖石、石榴石等等，這些密度就比花崗巖大多了。石榴石的密度普遍在3.5~4.3之間。

橄欖巖和橄欖石晶體

地核的處于高溫高壓環(huán)境下，主要成分是鐵鎳這種金屬，密度可以達(dá)到12克/立方厘米?；鹦堑膬?nèi)核相比地球來(lái)講就小多了，沒(méi)有那么大，這就說(shuō)明火星的內(nèi)核一定含有比較輕的元素，比如說(shuō)氫和氧。這些元素的存在，可以降低凝固點(diǎn)。

洞察號(hào)是固定不動(dòng)的，是個(gè)非常好的無(wú)線電發(fā)射源。美國(guó)人在環(huán)繞火星的軌道上有好幾個(gè)環(huán)繞器，都可以用天線精確測(cè)量這個(gè)無(wú)線電發(fā)射源的位置和角度。地球上的大天線，可以精確的觀測(cè)這個(gè)無(wú)線電發(fā)射源。進(jìn)而計(jì)算出火星自轉(zhuǎn)的精確細(xì)節(jié)。

地球和火星這種大型天體，其實(shí)都并不是老老實(shí)實(shí)的自轉(zhuǎn)，軸線始終會(huì)出現(xiàn)章動(dòng)，也就是像攪屎棍一樣攪合。地球是受到太陽(yáng)和月亮的擾動(dòng)，因此才會(huì)出現(xiàn)這種攪屎棍一樣的章動(dòng)。而且這種章動(dòng)也受到地球內(nèi)部地幔和地核的影響，畢竟這東西都是軟的，你不能拿它們當(dāng)做剛體去對(duì)待。你去轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)煮熟的雞蛋和轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)生雞蛋，效果明顯不一樣。這就是最簡(jiǎn)單的區(qū)分方式。

同樣，我們也可以精確測(cè)量火星的自轉(zhuǎn)情況，大致可以判斷核心到底是不是液態(tài)，到底流動(dòng)性如何。所以，科學(xué)家們推測(cè)，火星的核心可能是完全液態(tài)的。地球的核心比較大，相對(duì)來(lái)講就復(fù)雜多了。地下是個(gè)高溫高壓的世界，高溫傾向于讓物質(zhì)熔化，變成液體，高壓又傾向于物質(zhì)變成固體。到底哪種因素占主導(dǎo)，這還不一定呢。地核靠外的這一層是液態(tài)的，再往下又變成固態(tài)的了?；鹦呛诵南鄬?duì)簡(jiǎn)單一點(diǎn)，應(yīng)該是全液態(tài)的。

布里奇曼石又叫橋錳礦，主要成分是硅酸錳

火星的地幔比設(shè)想的要薄一些。大約延伸到火星地表之下1560公里。和地球相比，瓤子顯得少了點(diǎn)。布里奇曼石是地幔上最豐富的礦物，主要成分就是硅酸錳。能夠穩(wěn)定存在于下地幔的極端高溫高壓環(huán)境中，放在地面，布里奇曼石反而到不穩(wěn)定了。這東西組成了地幔，包裹著整個(gè)地核，把地核裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的，能夠減緩對(duì)流和熱量損失。

而根據(jù)已知火星的大小，研究認(rèn)為，火星地幔的壓強(qiáng)不太可能使布里奇曼石達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因此，火星可能缺乏這種礦物質(zhì)，這就導(dǎo)致火星早期熱量的散失。所以火星涼得快。

根據(jù)“洞察”號(hào)記錄的火星內(nèi)部地震波，研究團(tuán)隊(duì)首次確定了火星地殼厚度。火星地殼基本上和地球是一樣厚的。但是，火星地殼也是分層的。別的地方不知道，在洞察號(hào)所在地的下方，火星地殼起碼分三層。第一層大概是8公里厚。第二層延伸到了20公里的深度，第三層大概延伸到40公里左右。

如果把這些數(shù)據(jù)推廣到火星其他地方，那么火星的地殼平均厚度應(yīng)該是24~72公里之間。相比之下，地球的平均地殼厚度大概是15~20公里。只有在像喜馬拉雅山這樣的大陸地區(qū)，地殼厚度才能達(dá)到70公里。青藏高原的地殼普遍比較厚。因?yàn)榍嗖馗咴婕暗桨鍓K的碰撞。印度板塊裝上了亞歐板塊，一部分印度板塊插到亞歐板塊下邊去了，活生生給墊高了一塊，因此才形成了青藏高原。地殼能不厚嗎？

火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)核明顯比例偏大

這就是火星和地球最大的不同。地球的地殼也是分層的，大陸部分的地殼一般來(lái)講是分兩層的，上邊是硅酸鋁層，下邊是硅酸鎂層，海洋部分只有一層，也就是硅酸鎂層。比火星上的分層還少一層。但是地球上有板塊運(yùn)動(dòng)，各個(gè)板塊始終在運(yùn)動(dòng)，在碰來(lái)碰去。火星的地殼基本上形成以后就沒(méi)有太大的變化了。

全世界對(duì)地下的地質(zhì)情況最關(guān)心的就是石油公司了。很多地質(zhì)學(xué)上的發(fā)現(xiàn)都跟石油公司有關(guān)系。比如深埋在加勒比海里的希克蘇魯伯隕石坑，那就是石油公司搞勘探的時(shí)候不小心發(fā)現(xiàn)的。他們發(fā)明了一種辦法，就是利用地震波來(lái)發(fā)現(xiàn)地下的石油資源。這種招術(shù)，你拿來(lái)找地下水也很好用。特別是地下深處的含水層。

2024年，美國(guó)人把這種招術(shù)用在了火星上，根據(jù)洞察號(hào)發(fā)送的地震數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)在火星地下存在一個(gè)普遍的含水層。但是埋藏太深了，大概在11.5~20公里的范圍內(nèi)，而且水還不少呢。可惜啊，在距地面5000米的范圍內(nèi)，就一點(diǎn)水都沒(méi)有了。也就是說(shuō)，你想打一口淺井獲得水資源，那是不可能的。在火星上鉆2萬(wàn)米的洞，難度實(shí)在太大了。你別說(shuō)鉆2萬(wàn)米，洞察號(hào)只鉆了30厘米，這里外里差的實(shí)在太遠(yuǎn)了。

洞察號(hào)在火星上一直工作到了2022年，它那個(gè)電池板是完全水平狀態(tài)，上邊特別容易積灰，到最后，洞察號(hào)的電力急劇下降，實(shí)在是無(wú)法完成工作了。美國(guó)人不得不結(jié)束了洞察號(hào)的任務(wù)。洞察號(hào)也算是勞苦功高了。沒(méi)辦法，你靠太陽(yáng)能電池板，就不得不面對(duì)積灰的問(wèn)題。所以，美國(guó)人的毅力號(hào)火星車和前輩好奇號(hào)一樣，堅(jiān)決采用核電池。這樣的話才不受環(huán)境的制約。

從著陸時(shí)的光鮮亮麗到幾年之后的灰頭土臉

下一個(gè)火星窗口期是2020年的夏天。這一年的夏天非常熱鬧，因?yàn)橛腥短綔y(cè)器從地球出發(fā)，去往火星。最早動(dòng)身的是阿聯(lián)酋的希望號(hào)，7月19號(hào)發(fā)射升空。

希望號(hào)項(xiàng)目經(jīng)理奧蘭·沙拉夫

阿聯(lián)酋的航天研究機(jī)構(gòu)動(dòng)用了200名工程師，在科羅拉多大學(xué)博爾德分校大氣與空間實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校，以及亞利桑那大學(xué)的支持下。建造了這顆希望號(hào)探測(cè)器。這個(gè)探測(cè)器主要是探測(cè)火星大氣中的天氣事件，比如說(shuō)沙塵暴之類的。

這個(gè)探測(cè)器重量達(dá)到1.5噸，除了本身的一些導(dǎo)航、無(wú)線電通信系統(tǒng)，主要裝了3臺(tái)科學(xué)儀器，一臺(tái)多光譜照相機(jī)，一臺(tái)紅外線光譜儀以及一臺(tái)紫外線光譜儀。就沖這個(gè)儀器搭配，您也看得出來(lái)，這東西就是拍照打卡的。阿聯(lián)酋作為一個(gè)后發(fā)國(guó)家，能拿出錢來(lái)花在航天方面而不是奢飾品上，已經(jīng)算是有雄心壯志的表現(xiàn)了。能研發(fā)一個(gè)拍照打卡的探測(cè)器，在新手上路里邊也算是起點(diǎn)高的。

希望號(hào)火星探測(cè)器

阿聯(lián)酋租用了一架安-124運(yùn)輸機(jī)，把這個(gè)探測(cè)器從美國(guó)運(yùn)到日本的名古屋，然后從名古屋坐船運(yùn)到種子島的航天發(fā)射場(chǎng)，最后是用日本的H-2A火箭發(fā)射升空，打響了2020年火星季的第一炮。緊隨其后的就是美國(guó)人的毅力號(hào)火星車，20號(hào)發(fā)射。又過(guò)了3天，我國(guó)的天問(wèn)一號(hào)從文昌發(fā)射升空，直奔火星去也。

從這一刻開(kāi)始，火星探測(cè)來(lái)了個(gè)新玩家，也就是咱們中國(guó)。而且咱們的起點(diǎn)很高，咱們可不是僅僅去拍照打卡，咱們要么不玩兒，要玩兒就來(lái)個(gè)大的。咱們這一次是連環(huán)繞器帶著陸器帶火星車一次搞定。

所以啊，這一次的發(fā)射重量達(dá)到了5噸，你要把5噸重的東西送到去火星的霍曼轉(zhuǎn)移軌道，必須擁有大推力的火箭。為了完成空間站的建設(shè)，為了完成深空探測(cè)任務(wù)，我國(guó)專門研制了長(zhǎng)征五號(hào)大推力運(yùn)載火箭。當(dāng)然啦，長(zhǎng)征5號(hào)的研發(fā)遇到的困難也不少，還經(jīng)歷了一次歸零，所以耽誤了不少時(shí)間。

長(zhǎng)征5號(hào)點(diǎn)火升空，發(fā)射天問(wèn)一號(hào)

相比美蘇，我國(guó)在深空探測(cè)方面顯然是個(gè)后來(lái)者。上世紀(jì)60年代可以說(shuō)是美蘇競(jìng)爭(zhēng)的高潮。美國(guó)人在1969年實(shí)現(xiàn)了載人登月。咱們那時(shí)候連洲際導(dǎo)彈還沒(méi)整利落呢。再后來(lái)，1978年，卡特總統(tǒng)的國(guó)家安全事務(wù)助理布熱津斯基訪華，送給我國(guó)1克月壤。這1克月壤分成兩半，半克放在北京天文館供大家參觀，半克拿去做研究了。在當(dāng)時(shí)，我國(guó)也只有羨慕的份，航天技術(shù)顯然還達(dá)不到深空探測(cè)的需求。

到上世紀(jì)90年代，科學(xué)界和航天界開(kāi)始探討深空探測(cè)的問(wèn)題，但是當(dāng)時(shí)的重點(diǎn)是載人航天，先搞飛船和空間站，深空探測(cè)這種事兒不著急嘛，先往后放一放。

一直到了新世紀(jì)，這事兒才提上了議事日程。首先就從地球最近的鄰居月球開(kāi)始。2004年，探月工程正式立項(xiàng)，主要分繞落回三步走。嫦娥1號(hào)和2號(hào)先解決繞月飛行的問(wèn)題。順便搭建深空探測(cè)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控地球軌道的衛(wèi)星和監(jiān)控38萬(wàn)公里之外的繞月探測(cè)器，難度可不是一碼事。

嫦娥1號(hào)模型

咱們中國(guó)人做事穩(wěn)妥，一步一個(gè)腳印。月球就相當(dāng)于深空探測(cè)的新手村，咱們就先從月球開(kāi)始。嫦娥1號(hào)是2007年發(fā)射的，發(fā)射重量2.35噸，只要用長(zhǎng)征3號(hào)甲就足以滿足發(fā)射要求了。嫦娥1號(hào)的主要目的是獲取月球表面的3D立體影像；分析月球表面有用元素的含量和物質(zhì)類型的分布特點(diǎn)；探測(cè)月壤厚度和地球至月亮的空間環(huán)境。去月球是需要穿越范艾倫輻射帶的，以前咱們的衛(wèi)星從來(lái)沒(méi)跑過(guò)那么遠(yuǎn)，首先得熟悉熟悉宇宙空間環(huán)境。

嫦娥1號(hào)10月24號(hào)從西昌發(fā)射升空，先是繞著地球轉(zhuǎn)了幾圈，每一圈都加速一次，調(diào)整軌道，最后離開(kāi)地球，10月31號(hào)，嫦娥1號(hào)順利的進(jìn)入到地月之間的霍曼轉(zhuǎn)移軌道。飛了5天以后，11月5號(hào)，嫦娥1號(hào)準(zhǔn)備開(kāi)始近月制動(dòng)，開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)反推，順利進(jìn)入了環(huán)繞月球的軌道。這是一個(gè)長(zhǎng)橢圓軌道，12小時(shí)繞著飛一圈。第二天，11月6號(hào)，嫦娥1號(hào)完成第二次剎車反推，環(huán)繞月球的軌道周期變成了3.5小時(shí)。到了11月7號(hào)，第三次剎車減速，環(huán)繞軌道變成了高度200公里的圓軌道，這下基本上是調(diào)整到位了。

探測(cè)器在軌道上適應(yīng)了一段時(shí)間，到了7月19號(hào)，各種儀器開(kāi)機(jī)工作。11月26號(hào)，國(guó)家航天局發(fā)布了嫦娥1號(hào)拍攝的第一張?jiān)虑蛘掌?，至此，嫦?號(hào)正式開(kāi)始各項(xiàng)工作，繞著月亮開(kāi)始各種探測(cè)任務(wù)。主要工作還是畫(huà)地圖，這都為了后續(xù)的工作做準(zhǔn)備。

國(guó)家航天局發(fā)布的月球表面全圖

按照計(jì)劃，嫦娥1號(hào)繞著月球轉(zhuǎn)一年就算是完成任務(wù)了。但是因?yàn)槿胲壏浅＞_，省掉了多次調(diào)整軌道的麻煩，而且還剩下不少燃料。既然如此，干脆再貼近點(diǎn)，這樣拍照更加清楚。于是，嫦娥1號(hào)在2008年的12月6號(hào)，把軌道降低到了100公里。到了2008年的12月19號(hào)，更是貼臉開(kāi)大，嫦娥1號(hào)降低到了17公里的極低軌。當(dāng)然這么低的軌道只是臨時(shí)測(cè)試，很快又拉回到100公里的高空。

到了2009年的3月1號(hào)，地面控制人員擦空嫦娥1號(hào)撞擊了月球表面，撞擊點(diǎn)在月球上的豐富海，算是完成了嫦娥1號(hào)的最終使命。為了配合嫦娥1號(hào)的任務(wù)，我國(guó)動(dòng)用了好幾座測(cè)控天線，還派出了遠(yuǎn)望2號(hào)測(cè)量船。因?yàn)榈乩碓颍覈?guó)還和歐空局進(jìn)行合作，當(dāng)月亮從我國(guó)的地平線上落下去的時(shí)候，請(qǐng)他們幫忙，他們的測(cè)控站在南美洲，剛好和我們互補(bǔ)。

嫦娥1號(hào)的軌道設(shè)計(jì)還是比較穩(wěn)妥的，多兜了不少圈子。下一次，嫦娥2號(hào)就不需要這么麻煩，可以直接奔著地月轉(zhuǎn)移軌道走，但是大家當(dāng)時(shí)都想不到，嫦娥2號(hào)這一桿子支出去老遠(yuǎn)了，就沒(méi)見(jiàn)過(guò)這么不務(wù)正業(yè)的月球探測(cè)器。有關(guān)這檔子事，我們下回再說(shuō)。