天问一号登陆火星，居然有些地方超越了美国

　　北京时间2021年5月15日早晨，经过长达296天的漫长星际旅行，天问一号向火星表面投下了其着陆器部分。7点18分，携带着＂祝融＂火星车的着陆器器，成功降落在了火星北半球的乌托邦平原之上。
　　此时此刻，中国成为了继美国之后，第二个采用着陆器成功登陆火星，并将巡视器送上火星表面的国家。
　　为什么要选火星？
　　作为太阳系内轨道顺位第四的行星，火星被归类为＂类地行星＂范畴。
　　＂类地＂即类似于地球之意。类地行星表面以硅酸盐化合物为主要成分，通常会有一个以固态物质为主的表面，而在类地行星内部，通常会有一个主要成分为铁的金属核心。
　　太阳系四大类地行星，左起分别为：水星、金星、地球、火星
　　在太阳系中，地球有金星与火星两个同属类地行星的近邻，这两颗行星又分别有着＂地球孪生子＂和＂小地球＂的雅号。自科学启蒙时代，人类将视线转向星辰以后，这两颗距离地球最近的行星，一直被视为我们冲出摇篮迈入星空探索新家园时，两个最具可能性的选择。
　　前苏联金星13号探测器拍摄的金星地表。这枚探测器为了能在险恶环境内工作，使用了大量昂贵材料。可即便如此，在金星表面那宛如地狱的环境中，运行不足半小时，便出现了故障，并于2个小时后完全失联
　　＂地球孪生子＂金星，无论直径、质量，以及表面浓密的大气层，都高度近似地球。然而它却是不折不扣的＂邪恶双胞胎＂。金星大气层中的二氧化碳浓度高达96.5%，存在极其严重的温室效应，表面温度最高可达467 ，甚至超过了铅（327 C）、锡（232 C）、锌（420 C）等金属的熔点。当前乃至中远期可以预见到的技术，都不足以支持人类登陆金星展开探索甚至殖民活动。
　　相较之下，火星就温和了许多。
　　其直径约为地球的一半，自转轴倾角、自转周期则与地球相近。火星的大气的主要成分虽然也是二氧化碳，但却非常的稀薄，密度仅为地球大气的1%，所以并没有类似于金星表面那种恐怖的高温。其表面平均温度为-63 ，虽然严寒，但却算不上极端。
　　整个太阳系最大的火山，同时也是最高的一座山——海拔达到26公里的奥林匹斯火山。与它相比，地球上的一切山峰都是＂侏儒＂
　　火星不但有着太阳系内最高也是最雄伟的火山奥林匹斯山，同时还有这迄今在太阳系内发现的最壮观的峡谷水手谷。在其两极，也存在着会随季节消长，类似地球两极冰盖一样的＂极冠＂构造。根据环绕火星的探测器分析，主要成分是干冰和水冰。2015年，NASA甚至宣布在火星表面发现了液态水的存在。
　　红框部分便是水手谷，得名自美国的水手9号火星探测器，是火星乃至太阳系内最大的峡谷。根据后来多个探测器的测量，水手谷前后延展了超过4500公里，最宽处有600公里，最深则达到了8公里。与其相比，地球上最壮观的雅鲁藏布大峡谷，仿佛一条微不足道的小裂痕。图片顶部的白色冠状部分，就是火星著名的＂极冠＂，推测主要成分为干冰和水冰。这种＂极冠＂在火星的南极部分同样存在
　　种种迹象表明，如果人类想要冲出地球殖民外星，火星是迄今为止唯一可行的目的地。
　　天问一号任务
　　实际上，天问一号并不是中国首个火星探测器。2011年11月9日，其前辈＂萤火1号＂探测器，因俄罗斯＂天顶＂号运载火箭发射失败，坠毁在太平洋上。
　　俄罗斯的福布斯-土壤火星探测器与＂萤火1号＂组合体。图片正中框架结构内的部分，便是我们的＂萤火1号＂
　　2016年1月，我国启动自主火星探测项目，要求通过一次发射任务，实现火星环绕、着陆和巡视。天问一号就是基于该项目而研制的。
　　严格来说，天问一号其实是一个火星探测器组合体，由一部轨道飞行器、一个着陆器，以及搭载在着陆器上的火星车构成。其中执行巡视任务的火星车，被单独命名为＂祝融＂。由于构造复杂，并搭载有独立的降落器与火星车，天问一号全系统的总质量超过了5吨，成为了迄今为止中国研制并发射的最大型深空探测器。
　　天问一号轨道器部分，携带设备包括：中、高分辨率相机，火星磁强计，矿物光谱分析仪等。
　　不但要对火星表面进行系统性拍摄成像，绘制出属于我国的完整火星表面图，同时还要求对火星表面地形地貌和地质构造展开研究，探测火星空间磁场环境，分析火星矿物组成与分布，研究火星整体化学成分与化学演化历史，分析火星资源与资源带分布区等等。
　　图片来源见右下角水印
　　巡视器＂祝融＂重约240公斤，安装有多种探测设备。其技术传承自此前成功巡视月球表面的＂玉兔＂系列月球车，但较之＂玉兔＂系列重了一倍。
　　天问一号作为一个整体，正如其立项时描述的那样，探测任务包括环绕、着陆和巡视。换而言之，环绕探测是它的第一阶段工作。
　　天问号自2020年7月23日发射，至2021年2月抵达火星前的地火转移轨道
　　2021年2月10日，天问一号轨控发动机在环火星轨道远地点启动，将轨道由环绕火星赤道运行，变轨至垂直于赤道的火星太阳同步轨道。同时，通过对发动机的精确控制，探测器也将近火点位置，调整到了预定着陆的乌托邦平原所在的火星北半球低纬度地区。
　　2月24日，天问一号进一步＂圆化＂轨道，更加贴近火星表面，进入＂停泊轨道＂飞行，并在这条轨道上稳定运行了两个半月。期间，使用搭载的各种照相设备，对火星表面进行了全幅拍摄，同步也对预定着陆区，进行了异常详细的勘察。
　　自2月末到5月初，天问一号＂绕＂的任务基本宣告完成，中国航天局拿到了较高分辨率下整个火星表面的照片，初步完成了从轨道上对火星表面的矿物分布带分析。此外，经过为期两个半月的调试，探测器上搭载的各种设备，也进入了最佳工作状态。释放着陆器降落火星表面的时机，宣告成熟。
　　为什么选择降落乌托邦平原？
　　乌托邦平原是火星上最大的一块相对平坦地区。
　　由美国的海盗2号探测器拍摄的乌托邦平原景象
　　冷战期间，美苏展开激烈的太空竞赛，竞相发射探测器巡视火星。随着对这颗红色行星认识的加深，许多火星地标逐渐被公众所熟知。其中就包括奥林匹斯火山、水手谷、乌托邦平原等。
　　在著名科幻系列作品《Stat trek》中，火星上的乌托邦平原是星际联邦的主要造船基地。联邦在乌托邦平原表面以及其上方的同步轨道上，设有多个造船厂。该系列作品中著名的＂进取D＂号、＂勇抗＂号以及＂航海家＂号星舰，均被设定为在此下水。
　　红框位置为本次＂麒麟＂降落的大致区域
　　当然，天问一号会选择乌托邦平原释放着陆器，和《Stat trek》并没有关系。之所以选择那里，一来是因为地势平坦有利于安全着陆；二来是因为乌托邦平原上确实有值得一看的内容。
　　现在的研究认为，火星于十数亿年以前，曾经有过一个＂湿润时期＂。地势平坦且低洼的乌托邦平原，自然成为了火星上最有可能流淌着大量液态水的区域，是火星探测理所当然的热点区域。
　　火星很可能存在过一个水分充沛有着蓝天和白云的＂湿润时期＂。直到今天，火星上很可能仍存留着大量的水
　　另外，在乌托邦平原上降落，已经被证明是可行的。因为早在1976年9月3日，美国发射的海盗2号探测器着陆器部分，正是降落在该区域的中心地带。
　　天问一号去火星，主要研究些什么？
　　天问一号携带的中、高分辨率相机，其用途毋庸讳言，就是去拍摄整个火星表面高分辨率照片，绘制完整的火星表面图的。至于矿物光谱分析仪，相信也不用详细解释。但是有很多朋友，可能对于上面提到的这个＂火星磁强计＂会产生困惑——这个设备到底是用来干嘛的？
　　磁强计是设计用来测量磁感应强度的仪器。安装在天问一号上的火星磁强计，其主要任务包括：全面测量火星空间边界层，探测火星南部局地岩层的剩磁及火星感应磁层，研究近火空间处的行星际等离子体和行星际磁场，同时还会结合其他载荷仪器对火星大气中的粒子逃逸等问题开展研究等。
　　所谓太阳风，是恒星在聚变反应时喷出的高能带电粒子流，能够直接吹散行星表面的大气层。而具备液态金属内核的行星，在自旋时会产生很强的地磁场，可以屏蔽绝大部分太阳风，保护大气层的稳定
　　由于火星没有类似于地球那样的金属液态地核，其核心在十数亿年前已经逐渐冷却，所以火星的地磁强度远不及地球，无法有效屏蔽长驱直入的太阳风侵袭。
　　其后果就是，火星曾经有过不输于地球和金星的浓密大气层，但在十数亿年太阳风持续不断的侵袭之下，如今这个大气层已经变得极其稀薄。所以，详细研究火星的磁场数据，将有助于我们了解火星环境演变至今的整个过程。
　　至于＂祝融＂，其作为一台巡视器，主要的任务正如字面上的意思——去看一看，＂巡视＂一番。
　　去年，当官方公布＂祝融＂巡视器细节时，许多网友因为其没有安装机械臂而感到沮丧。因为机械臂是进行表面采样，并进行成分分析所必备的。然而，为此感到沮丧，实在大可不必，因为＂祝融＂不需要进行采样就能够完成成分分析工作，因为它只需要＂看看＂就能懂。
　　做到看一眼就懂的关键，是＂祝融＂搭载的微成像相机、激光诱导击穿光谱仪。
　　微成像相机用来观察火星表面沙石的微小细节，精度可达微米级。而激光诱导击穿光谱仪，是一种主动探测装置——通过射出激光束烧灼周围的泥土和岩石使之形成等离子体，然后启动短波红外光谱显微成像仪分析器来分析其所含成分。其效率远超机械臂采样分析方式。
　　激光诱导击穿光谱仪工作状态效果图
　　而微成像相机、激光诱导击穿光谱仪的组合，结合＂天问一号＂轨道器搭载的矿物光谱分析仪，可以从宏观和细节两个角度，对火星的成分以及矿物分布，进行系统性的考察。
　　截至＂祝融＂降落火星表面，迄今为止世界各国总计进行过47次火星探测任务。其中美国21次、苏联/俄罗斯19次、欧洲2次、日本1次、印度1次、阿联酋1次、中国2次。
　　火星探测绝非易事，在所有47次任务中，有20次完全失败、7次仅部分成功，完全成功的仅20次，成功率不足43%。
　　其中，苏联/俄罗斯的火星任务几乎如同＂中邪＂一样，至今未能实现哪怕一次完全成功。而美国，也是在付出多次失败后，才于1975年8月20日，由海盗1号（Viking-1）探测器率先实现了在火星上着陆的目标。至于首次将遥控巡视车送上火星，则要等到1996年12月4日的火星探路者任务（Mars Pathfinder）。
　　迄今为止美国送上火星的三种巡视器。从小至大分别为火星探路者号携带的Sojourner火星车、勇气/机遇号、毅力号。＂祝融＂大致与勇气/机遇号相当
　　所以就此一点而言，中国首次独立展开火星探测任务，即实现了环绕和成功着陆火星的目标，堪称是一项了不起的成就。
　　＂天问＂这个名字，取自屈原的长诗《天问》。该诗从天地离分、阴阳变化、日月星辰等自然现象，一直问到神话传说乃至圣贤凶顽和治乱兴衰等历史规律，象征着我们自古以来，世世代代追求真理的探索精神。
　　而天问一号所执行的，就是这样一个探求地外星球真相的伟大任务。但这个任务并不以一号探测器的使命为终。因为火神＂祝融＂所代表的，只是这个系列探索任务的火星部分。
　　所谓＂星辰大海＂，在今日的中国并非一句空泛的口号。自我国启动载人航天工程以来，中国人正在一步一个脚印，向着地球以外的星空迈出自己的脚步。在这个载人航天工程＂三步走＂规划逐渐迈向尾声的今天，确定我们下一步的探索方向，也正逐渐被提上议事日程。
　　今日，随着＂祝融＂的着陆，天问一号的任务已经成功过半。而现在最值得期待的无疑是，天问二号乃至天问N号，将航向何方？