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目录

6    了解火星

14  远古的信仰

18  早期的发现

22  早期的火星探测任务

26  随后的火星探索时代

40  从月球到火星

48  在火星上生活和工作

56  成为火星探险者

62  测验

图为想象的火星栖息地

 

第6—7页

了解火星

火星是一颗寒冷的岩质小行星，其地貎宛如荒漠，布满巨型陨石坑、深深的峡谷和死火山。旋风掠过火星表面，卷起红色的尘埃，有的貌似小型龙卷风，有的则越刮越大，横扫整个行星。

火星位于地球和木星之间。

火星

测量火星

火星直径6779公里，大小约是地球的一半，月球的两倍。

表面积

尽管地球和火星大小不同，陆地面积却差不多，因为地球表面有70%被水覆盖。

主要变化

数十亿年前，火星和地球很像，有河流、湖泊，甚至可能还有一片浅海。

如果你去了火星，你将无法呼吸。那里没有河流和湖泊，没有水来解渴。仰望天空，你会看到两颗卫星，或能看到遥远的地球。你将站在地球的邻星上，那是离太阳第四远的行星。你所到之处从来没有人类涉足。

火星之旅

将人类送上火星的计划已然开始。在此之前，科学家必须开发出一种航天器，可以安全搭载宇航员进行前往火星的长途旅行，进入火星大气层，然后飞回地球。

火星上的生命

科学家一直在火星上寻找过去和现在的生命迹象，想方设法让人类未来可以在那里生存。

 

第8—9页

人类要前往火星，重要的是要思考地球和火星有何异同。火星上的一天称为一个火星日，持续24小时37分钟。地球上的一天是23小时56分钟——时长几乎一样。

火星上也有被称为“尘卷风”的旋转风尘柱。

地球年

地球距离太阳1.5亿公里，绕太阳公转的周期为365.25天。这是一个地球年。

然而，年则大不相同，年是行星绕太阳公转一周所用的时间。火星到太阳的距离超过1.42亿英里（2.28亿公里），是地球到太阳距离的两倍。火星绕太阳一周需要687个地球日，大约是地球绕太阳一周所需时间的两倍。

火星季的长度约为地球季的两倍。但火星上各季节的长度不同，因为不同于地球，火星一年中的大部分时间都离太阳很远。

火星南半球处于夏季时，它距离太阳最近，南半球的夏季是最短也是最热的季节。为什么？火星和地球一样是倾斜的，夏季南半球向太阳倾斜。

如果你在春天抵达火星，将会看到很多灰尘。火星上的尘暴可能规模巨大，但好在没有飓风级强风。火星上最快的风速可达每小时113公里，微风更常见。

冰盖

火星有极地冰盖。春天，冰盖融化萎缩，到了夏天，可能会消失。秋天气温下降时，会重新形成冰盖。

雪

火星上有雪！火星上的冬季，雪会在距离火星表面几英里的大气层中形成，但在落地前就会蒸发。

 

第10—11页

火星的公转轨道呈极扁的椭圆形，因此，火星每年靠近太阳的时间很短，导致温差极大，平均温度是零下62摄氏度，但冬天两极的温度在零下129摄氏度左右，夏天赤道附近的温度为21摄氏度。

全球变暖

上图这种大规模的尘暴会影响火星上的气温。火星在尘土飞扬时和清朗无尘时的温差可超过35摄氏度。

有毒的大气

人类在火星上无法呼吸的另一个原因是，火星的大气成分与地球的不同。火星大气的主要成分是二氧化碳——我们呼出的一种气体。

人们在火星上无法呼吸的一个原因是火星的大气比地球的稀薄约100倍。地球有一个从地球内核一直延伸到太空的磁场。它就像一个盾牌，阻挡了太阳风，否则太阳风可能会把地球的大气层吹走。

地球的引力能将大气层固定住，但火星地壳只有几个小的区域具有磁性，其引力仅是地球的三分之一，所以太阳风很容易让火星的大气层消失。

图为火星地貌

重力

如果你在地球上的体重是45公斤，在火星上就只有17公斤。

臭氧

虽然火星有三个独立的臭氧层，但是它们都太稀薄，不足以阻挡太阳的紫外线。

 

第12—13页

奥林帕斯山

如果你有机会探索火星，你会在火星表面看到一些非常壮观的景色。奥林帕斯山是太阳系中最大的火山，海拔高达26千米，底座几乎和美国亚利桑那州一样宽。

孕育庞然巨物

如果奥林帕斯山在地球上就不可能变得那么庞大。火星上的火山爆发更频繁，而且火星上的重力较小，火山增高时所受向下的拉力也比在地球上小。

水手号峡谷群是最大的峡谷，长4000多公里，宽600公里，深6公里。相比之下，地球上的大峡谷看起来就像一条浅沟！

我们是如何了解到这么多关于火星的信息的？我们已经研究火星很多年，还把机器人探测器送上了火星。下一步是把人类送上火星。不过在此之前，我们需要尽可能多地了解火星。只有这样，我们才能安全抵达火星，并在抵达后生存下来。

水手号峡谷

完美时机

前往火星的最佳时间（称为发射窗口）是地球和火星离得尽可能近的时候。即便如此，前往火星的单程旅行仍需四到七个月的时间！

 

第14—15页

远古的信仰

火星是不用望远镜就能从地球上看到的行星之一。很久以前，人们仰望夜空时，看到的是星光闪烁的夜幕，还有一个火红的球，以奇怪的轨迹穿过地平线。这个球就是火星。

公元前400年，古巴比伦人最早开始研究天空中这颗红球。

红色星球

火星上的土壤看起来是红色的，这是其中的铁矿生锈的结果。正因为如此，人们称火星为红色星球。

他们认为神通过天体传递关于未来的信息。这颗球是红色的，他们把这种颜色与愤怒和邪恶联系在一起，因此将这颗球命名为奈尔伽尔，这是他们的战争、死亡和毁灭之神。

巴比伦人研究各种各样的天文事件，记录观察结果，并以此来制作日历。他们一周有七天——和我们今天用的日历一样。他们的星期二称为“火星日”。

古代巴比伦王国

火星日

在法语中，表示星期二的单词是mardi；在意大利语中，是martedi；在西班牙语中，是martes；在古英语中，Tiu表示日耳曼的天空和战争之神。在很多语言中，星期二仍然是以战神的名字命名的。

 

第16—17页

古埃及人也研究天空。他们注意到有五个明亮的物体——我们今天知道是行星——运行与其他物体都不同。他们用天空之神（鹰神）荷鲁斯的不同名称来命名这些物体。火星被命名为“Har Decher”，意思是“红色之星”，因为它是玫红色。

崇尚火星

在古埃及美术中，代表火星的神通常是一只长着三个蛇头的有翼猎鹰。

对古希腊人和古罗马人来说，天空中的这颗红球代表战争。事实上，双方都用其战神的名字来命名火星。古希腊人的战神名叫阿瑞斯——他们认为他不是一个出色勇敢的神就是一个可恶又凶残的懦夫。古罗马人的战神名叫玛尔斯——一位可敬而威猛的勇士，捍卫着罗马和罗马的生活方式。

火星月

三月是以玛尔斯神的名字命名的。在古罗马，三月是农民重返田间，士兵重返战场的时候。

 

第18—19页

早期的发现

火星在我们了解宇宙的过程中发挥了重要作用。公元二世纪，希腊数学家和天文学家克罗狄斯·托勒密创建了一个宇宙模型。他把地球放在中间，其他一切都围绕着地球转。此后的千余年里，人们一直认为这就是宇宙的运行方式。

托勒密的宇宙模型

地球、月球、水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星

不朽之作

哥白尼出版了一本详细阐述其观点的书，不久，他就去世了。他不会知道自己的观点将大大改变人们对宇宙的认知。

火星之谜

丹麦天文学家第谷·布拉赫受到了哥白尼观点的启发。20多年里，他一直在测量并详细记录观察结果。但是，他一直有个未解之谜：火星为什么似乎每两年会逆行一次?

哥白尼的宇宙模型

太阳、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星

1543年，波兰数学家和天文学家尼古拉·哥白尼出版了一本书，书中有一个新的观点：地球和其他行星都绕着太阳转。

此时，天主教会的信徒仍然相信一切都绕着地球转。这使得哥白尼的观点非常有争议，于是教会查禁了他的书。然而，哥白尼的观点成为星星之火，后来科学家证明他的理论是正确的。

轨道解谜

布拉赫的助手约翰内斯·开普勒解开了火星轨道之谜。行星的轨道是椭圆形的，不是圆形的。它们围绕太阳运行，而不是地球。由于地球公转一圈的速度更快，所以在绕太阳运行的过程中会经过火星，于是，火星仿佛在逆行。

 

第20—21页

第一架望远镜

伽利略·伽利雷经常被认为是发明望远镜的人，但荷兰眼镜制造商汉斯·利珀希是首个申请望远镜专利的人。伽利略后来研发的望远镜倍数足够高，可以观察太空中的物体。

火星卫星

阿萨夫·霍尔以希腊战神阿瑞斯儿子的名字佛波斯和得摩斯来命名火星的卫星。

1609年，意大利天文学家伽利略·伽利雷做了一件前无古人的事：用望远镜观察太空中的物体。虽然伽利略用望远镜观测过火星，但他的研究集中在其他领域，研究火星的任务落到其他天文学家的肩上。

1659年，荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯在火星上发现了一个巨大的黑色斑点。通过跟踪该斑点的运动，他计算出火星上的一天是24小时。后来，其他科学家更精确地计算了火星日。

随着望远镜的改进，天文学家继续深入了解火星。他们在火星的南极看到了白色的斑点，还在其地表上方看到了黄色的云。他们绘制了火星大陆和海洋的分布图。天文学家阿萨夫·霍尔还发现火星有两颗卫星。

对火星的误解

1877年，意大利天文学家乔凡尼·斯基亚帕雷利绘制了火星表面的地图，包括笔直的通道，他称之为“运河”。斯基亚帕雷利知道这些通道是天然地形，但其他人不知道。他们以为他的意思是火星上有运河，有某种东西在上面建造了运河。

 

第22—23页

早期的火星探测任务

直到20世纪，技术有了重大进步，科学家才得以实现下一个巨大飞跃——向火星发射航天器。1965年7月14日，美国国家航空航天局（简称“美国宇航局”）的水手4号飞到了距离火星仅9800公里的地方。

水手4号向地球发回了第一批火星特写照片，照片显示火星上有深深的陨石坑，就像月球上的一样。航天器上的仪器测量数据显示，火星非常寒冷，大气层稀薄，且周围没有磁场。

1969年，水手6号和水手7号到达火星附近。相较于水手4号，它们飞得离火星更近，用更好的相机拍摄了更多的照片。但是，由于所处位置的缘故，它们拍摄的照片也只显示火星表面上有陨石坑。

水手计划

美国宇航局的水手计划包括10个小型机器人航天器，其中3个——水手4号、6号和7号——飞越了火星。水手9号曾环绕这颗红色星球飞行。

1971年，美国宇航局发射了水手9号。不同于之前为飞越火星设计的水手号，水手9号环绕火星运行了近一年。

当水手9号到达轨道时，火星被一场巨大的尘暴包围。尘埃落定之后，航天器拍摄了整个火星表面的照片。照片上可以看到巨大的火山、峡谷和古老的河床，还首次为我们呈现了火星的两颗卫星的近景照片。

水手6号

镜头之下

水手号拍摄的照片不仅证明了火星上没有运河，也让我们第一次看到了奥林帕斯山和水手号峡谷，见上图。

 

第24—25页

从远处观察火星颇为有趣，但科学家并不满足于此，他们想要去往火星表面。1976年，海盗1号和海盗2号实现了这一目标。

这两艘航天器一模一样，各有一个轨道飞行器和一个着陆器。进入火星轨道后，航天器分离，轨道飞行器留在太空中，着陆器在火星表面着陆。

组装海盗号轨道飞行器和着陆器

苏联人对火星的探索

1971年，苏联发射了火星2号和火星3号。轨道飞行器成功进入轨道，但着陆器着陆失败。火星2号坠毁了，火星3号也仅传送了数秒的信息。

海盗1号火星着陆器拍摄的第一张照片

海盗号的任务有以下几个目的：拍摄火星表面，深入了解火星大气层及其表面，寻找生命存在的证据。虽然两个着陆器都没有发现生命迹象，但它们的实验确实显示火星有火山土和稀薄干燥的二氧化碳大气。它们还在火星上发现了固态和气态水。这昭示了一种可能性：很久以前，火星上可能曾经存在生命。

报废日期

根据设计，海盗号的任务将持续90天，结果却持续了六年。

 

第26—27页

随后的火星探索时代

将近20年后，美国宇航局方才再次走近火星。1992年，美国宇航局发射了火星观察者号轨道飞行器。不幸的是，在预定进入火星轨道三天前，地面控制中心与这艘航天器失去了联系。

这枚火箭将火星环球勘测者号送入太空，这是20年来第一次成功的火星任务。

可能的原因

调查人员认为，火星观察者号是由于一根燃料管线破裂而开始旋转，最终导致任务失败。

接下来的轨道飞行器，火星环球勘测者号，结果则要好得多。它于1997年9月初进入火星轨道，并对火星进行了近十年的研究。2006年，它停止工作时，传回的信息比之前所有火星任务加起来的还要多。

这艘航天器拍摄了古代三角洲和近代沟壑的照片，这些都是火星上有水的迹象。它收集的数据有助于科学家了解火星的天气模式，绘制火星表面的三维地图。它还探测到矿藏，这有助于科学家为未来的火星任务找到安全的着陆点。

人脸

海盗1号轨道飞行器拍摄了一张看起来像人脸的火星地形照片。有些人猜想这是一个外星人造物。火星环球勘测者拍摄的照片则证明，此地只是一座大平顶山。

 

第28—29页

1997年7月4日，降落伞打开，安全气囊展开，一个名为探路者号的金字塔形着陆器飘向火星表面。不久，一辆微波炉大小的机器人探测车从航天器中驶出。这是索杰纳号，火星上的首个轮式机器人。

探路者号静止不动，收集有关风和天气的信息，向地球传回16500张照片。索杰纳号探索火星，又传回550多张照片以及火星过去比现在温暖和潮湿得多的证据。

索杰纳号的名字

索杰纳号火星车以民权活动家索杰纳·特鲁斯的名字命名。

索杰纳号的旅程

索杰纳号火星车总共行驶了约100米，但它从未离开探路者号超过12米。

美国宇航局于2001年发射了火星奥德赛号轨道飞行器。在到达火星轨道大约5个月后，奥德赛号上的仪器探测到火星土壤中含有大量氢。对科学家来说，这表明地表下可能有冰。七年后，奥德赛号在火星上发现了盐矿，只有曾经有大量水的地方才会出现盐矿。

图为火星上的探路者号和索杰纳号

失败的尝试

在探路者号/索杰纳号和奥德赛号两个任务之间，美国宇航局还曾尝试过两次火星探索。一次在着陆时坠毁，另一次因通信错误坠入火星大气层并解体。

持续活跃

截至2022年，奥德赛号轨道飞行器仍在绕火星运行，如上图所示。在绕地球以外行星运行的航天器中，它是续航时间最长的。

 

第30—31页

2003年，欧洲航天局和意大利航天局发射了火星快车号。这个轨道飞行器目前仍在绕火星运行。它发现了更多火星上存在水的证据：那些没有水无法形成的矿物。

火星快车号还在火星地表下发现了水冰层，在火星南极周围发现了广阔的永久冻土平原，并在火星大气中发现了甲烷。

图为火星快车，有8台仪器，可以研究火星的表面、大气、气候和地质

色彩逼真

勇气号和机遇号是首批向地球传回彩色火星照片的火星车。

当你在地球上发现甲烷时，表示火山处于活跃状态，或光合作用等生化过程正在发生。在火星上，这可能表明微小的微生物生活在地面下的岩石中！

2004年1月，勇气号和机遇号双子火星车抵达火星。它们的任务是寻找火星在历史上曾经有水的线索。

两辆火星车分别在火星两侧着陆。勇气号探索了一个远古时可能是湖泊的地方，机遇号则研究了曾经可能是咸海海岸线的地方。两辆火星车都发现了地球上只有有水流过的地方才有的矿物。它们还证明了很久以前可能存在适合微生物生存的环境。

越来越大

勇气号和机遇号都有高尔夫球车那么大，比第一辆火星车索杰纳号要大得多。

火星车的名字

美国宇航局举办了一场征文比赛，为双子火星车起名。9岁的索菲·科利斯撰写的文章最终胜出。

 

第32—33页

现在，科学家已经知道火星上曾经水量丰沛。但这些水是否孕育出过生命？水是何时又是如何消失的？如今火星上有水吗？2006年，火星勘测轨道飞行器开始环绕火星飞行，以期找到答案。

火星勘测轨道飞行器虽未发现古代生命的痕迹，但已找到了微小微生物可能存活下来的地方。它追踪了火星的水循环过程，还发现了有力的证据，表明目前火星上流淌着高盐度的水。

失而复得

2015年1月16日，火星勘测轨道飞行器（见下图）发现了小猎犬2号着陆器，该着陆器于2003年随火星快车号到达火星，着陆后便出现功能异常。

新信息

最近，火星勘测轨道飞行器发现火星上的大部分水消失于20亿年前——比科学家此前认定的时间晚10亿年。

2008年，凤凰号在火星北部冰冻的平原上着陆。这是自30多年前的海盗号任务以来，第一个成功着陆火星的固定着陆器。

凤凰号拍摄了着陆点的全景照片。它用长长的机械臂采集冻土，并用微型烤箱和便携式实验室分析这些样本。着陆器运行了5个月，冬天降临，白昼变短，没有足够的阳光来为太阳能电池板供电，凤凰号随即关闭。

图为火星上的凤凰号着陆器

火星上的融化

2008年，凤凰号着陆器在火星表面挖了一条小沟。照片显示土壤中有坚硬的亮色物质。四天后，这些斑点消失了。科学家证实，这些斑点是水冰，已经蒸发了。

 

第34—35页

接下来登上火星的是好奇号火星车，它于2012年降落在火星的一个巨大的陨石坑里。好奇号和小型运动型多用途车（SUV）一样大，装有17个摄像头，一个激光器，一个钻头和一个机械臂，机械臂可以托举相机，并把自拍照传回地球。

好奇号的自拍照

太阳能发电

辐射是一种来自太阳的能量，强辐射对人体有害。宇航员在前往火星的旅途中会受到强辐射，但火星表面和国际空间站的辐射水平大致相同。

好奇号有诸多惊人发现，其中一项是在它采集的土壤样本中发现有一种碳。在地球上，碳是生命的标志。科学家不确定在火星上是否也是如此。好奇号目前仍在运行中，在钚燃料耗尽之前，它将继续探索火星。

2014年，美国宇航局的火星大气与挥发物演化任务（MAVEN）轨道飞行器开启了首个专门研究火星高层大气的任务。通过该任务，科学家发现温暖的气候和强风会导致水蒸气上升到火星大气的极高处。在那里，来自太阳的紫外线将水分解成氢和氧分子，这些分子飘到太空中。这解释了数十亿年前覆盖火星的深海消失之谜：它遁入了太空中。

MAVEN的名字

MAVEN是一个缩写词，全称是Mars Atmosphere and Volatile Evolution（火星大气与挥发物质演化任务）。

测量MAVEN探测器

MAVEN探测器的长度和这辆美国校车相当，重量和一辆全尺寸运动型多用途车（SUV）差不多。

 

第36—37页

图为火星太空生物学计划火星微量气体轨道飞行器

2016年，欧洲航天局的火星太空生物学计划的火星微量气体轨道飞行器进入火星轨道，与MAVEN探测器一起绕火星运行。火星太空生物学计划正在大气中寻找甲烷等气体，这些气体有可能是火星上存在生命的潜在迹象。

地球上的生物在消化食物时会释放甲烷。早期的火星探测任务在火星表面检测到了甲烷。但是到目前为止，火星微量气体轨道飞行器还没有在火星的大气中发现甲烷气体。

在对火星表面和大气进行了数十年的研究之后，于2018年着陆的洞察号探测器让科学家对这颗红色星球的内部有了更详细的了解。

尘埃克星

2019年，MAVEN探测器、火星微量气体轨道飞行器和火星勘测轨道飞行器都研究了火星上的一场小型尘暴。这是第一次有这么多航天器对同一事件进行研究。

它的仪器记录地面振动，读取土壤温度，并测量火星绕太阳运行时的摆动幅度。

洞察号正在利用地震波来揭示火星三层结构的新细节：巨大的液体内核，薄地幔，以及一个分层的固体地壳。火星的地壳不像地球的那样有构造板块，所以自从火星大约45亿年前形成以来，就没有形成过新的地壳。

洞察号的名字

InSight（洞察号）是一个缩写词，全称是Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport（运用地震调查、测地学及热传导对火星内部进行探测）。

磁保护

洞察号发现火星曾经和地球一样有磁场。现在，火星地壳只有几个区域具有磁性。

 

第38—39页

2021年，毅力号火星车登陆火星。它搭载了一名乘客，一架名为机智号的小型直升机。机智号进行了人类在地球以外的首次动力飞行。

为了让人类有朝一日能在火星上生存，毅力号正在测试一种从火星大气中获取氧气的方法，同时还在寻找人类可以使用的资源。毅力号与机智号共同协作，正在确认哪些自然灾害将来会置宇航员于危险之中。

历史性的陪伴

机智号上附有莱特兄弟飞行者1号飞机上的一块布料，同赴此行。

援助之手

机智号迅速完成了初始任务：证明旋翼飞行器可以在火星稀薄的大气中飞行。接着，它要作为侦察机，在前方飞行，为毅力号火星车探寻最佳路线。

毅力号也一直在土壤中钻探，采集样本并将样本封存在试管中。未来的航天器将把这些试管带回地球进行实验。科学家希望这些证据能够证明火星上曾经存在过生命。

火星是太阳系中被研究得最多的行星之一。截至2022年，有3个火星车和1个着陆器在火星表面进行探索，另有8个航天器在空中对其进行研究。这是一项国际性的合作，很多国家正共同努力，以更多地了解这颗红色星球。

图为毅力号（左）和机智号（右）

具有里程碑意义的着陆

随着祝融号火星车成功登上火星，中国成为第二个在火星表面成功着陆航天器的国家。

 

第40—41页

从月球到火星

人类在不断探索，我们跨越了大陆，潜入了海洋，登上了月球。开拓视野是人的天性。所以，在发射了飞越火星、环绕火星飞行以及在火星上着陆的航天器之后，人类理所当然地想要亲自登上火星。为完成这一使命而制定的项目叫作阿尔忒弥斯计划。

阿尔忒弥斯是个合作项目，美国和一连串国家和私营公司先后加入，共同实施。

图为美国宇航局猎户座飞船的乘员舱前往月球

阿尔忒弥斯计划名称的由来

阿尔忒弥斯计划是以希腊月亮女神的名字命名的。美国宇航局将宇航员送上月球的首个计划则是以她的孪生兄弟阿波罗的名字命名的。

该计划的第一步是阿尔忒弥斯1号，于2022年11月16日发射。这次非载人飞行在飞越月球数千英里后返回地球。第二次任务——阿尔忒弥斯2号——将于2025年进行类似的飞行。届时将搭载宇航员。此后一年，阿尔忒弥斯3号将送宇航员重返月球。四名宇航员将乘坐猎户座宇宙飞船，由美国宇航局的新火箭“太空发射系统”发射。然后，两名宇航员将转乘太空探索技术公司的星舰着陆器，在月球着陆。

超强推力

太空发射系统是有史以来推力最大的火箭之一。

宇航员

阿尔忒弥斯3号任务的目标之一是让首位女性和首位有色人种登上月球。

 

第42—43页

阿尔忒弥斯号未来的任务是将把宇航员送入太空。他们的首要任务之一是建造一个绕月运行的前哨站，名为“门户”。

在这个前哨站，宇航员计划对接人类着陆系统，由此往返于月球。他们将在时间较长的任务中补充补给，并进行科学调查，为以后的火星任务提供帮助。最终，“门户”前哨站将成为飞往这颗红色星球的深空飞行的中转站。

研发进行中

三家私营公司——蓝色起源公司、美国航天动力公司和太空探索技术公司——正在为阿尔忒弥斯计划开发人类着陆系统。

月球基地

阿尔忒弥斯基地将有办公和生活空间，还有宇航员可以在月球上驾驶的月球地形车。

按照计划，宇航员要等到阿尔忒弥斯3号发射才能重返月球。在这次和其他早期任务中，他们将在着陆器的加压乘员舱中生活和工作一周。

最终，宇航员将在月球南极建立阿尔忒弥斯基地。这个固定的栖息地将拥有足够四名宇航员生活一个月所需的一切。宇航员计划测试可以在火星上使用的新工具和设备。科学家将研究他们的身体对深空生活有何反应。

如图所示，有一天，宇航员可能会在月球上生活和工作。

一应俱全

月球南极是建立基地的理想地点，因为那里有宇航员可以使用的冰和其他矿物。

南极

 

第44—45页

图为火星上的火箭

如果一切按计划进行，到本世纪20年代末，就有可能在月球上实现可持续运营，为火星之旅打开大门。美国和中国都希望在本世纪30年代中期将人类送上这颗红色星球。

但是前往火星与前往月球却大有不同。一个是距离，宇航员只要几天的时间就能到达月球并在月面着陆，到达火星则需要好几个月。那样的话，宇航员冒险暴露在辐射下的时间就太久了。

虽然已经有几艘宇宙飞船去过火星，但是没有一艘搭载人类以及人类在那里生存所需的全部供给，因为所有这些都会增加重量，还要加上将这些运输到那么远的地方再返回地球所需的大量燃料。而宇宙飞船要起飞，自身要足够轻才能克服地球重力。目前，我们还没有安全往返火星所需的技术。

基地模型

这个模型建在中国金川的荒野中，展示了中国火星营地可能的样子。

休眠时间

根据欧洲航天局的一项研究，让宇航员进入休眠状态可能是让他们在前往火星的旅程中保持健康的最佳方式。睡眠中的宇航员需要的食物和空间都较少，这样宇宙飞船的尺寸和重量也可以减小。

 

第46—47页

虽然前往火星并非易事，且挑战重重，但也一直在取得突破。例如，宇宙飞船要飞这么远的距离需要大量的电力，美国宇航局正在研究基于核能的可行方案。

软着陆

2021年，就在毅力号火星车即将登陆火星之际，一台特殊的相机勘察了火星表面，找到了最安全的着陆点。未来在前往这颗红色星球时，将使用同样的技术，如上图所示。

最近，加拿大的工程师说，他们已经开发出一种基于激光的系统，该系统能加热氢燃料，并且可以在短短45天内将宇航员送上火星！快固然好，但安全才是第一位的。

因此，首先在月球上建立基地是至关重要的一步。在月球上，宇航员可以测试新的系统和技术，了解长时间在太空生活对身体有何影响，还能学习如何在一个与地球截然不同的环境中生存。

这幅插图展示了宇航员在火星上行走可能的样子。

承受高温

隔热罩在宇宙飞船进入大气层时起保护作用。通常，隔热罩由刚性金属制成。美国宇航局的工程师开发了一种更坚固、更轻的隔热罩，需要时可自行打开。

 

第48—49页

在火星上生活和工作

地球上有人类生存所需的一切：食物、水、氧气——甚至还有抵御阳光的保护层。火星没有这些，且距离遥远。这将使人类难以获取所需的建造材料，那么，人类究竟该如何在火星上生活和工作呢？

此图展示了未来火星聚居地的大致样貌。

条件完美

地球是一颗宜居行星，天气不太热也不太冷，这使得水有可能以固态、液态和气态三种形态存在。

条件欠佳

火星上引力较弱，氧气稀少，而且辐射更强，这一切可能使人体发生改变。宇航员斯科特·凯利在国际空间站生活了一年之后，长高了5厘米。

首先，让我们来看看食物。人类要在火星上长期生存，就需要自己种植粮食。

在地球上，我们可以播种，在火星上却不行。在那里，大气、土壤甚至重力都不同。太空农夫很可能要在地下用盛满特殊溶液的罐子种植粮食，或者使用温室。科学家正在研究用微生物种植粮食的方法，他们还发现了一种给植物增加氧气的方法，这样植物就可以在火星的土壤中生长。

克服低重力

在低重力环境下，水流方式不同，不会像在地球上那样从植物的根流向叶子。

3D打印的食物

人们在火星上还可以使用3D打印机制造食物，油和水将与以粉末、液体或糊状储存的营养物质混合在一起。

 

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此图显示机器人系统如何从火星土壤中提取水。

另一个需要解决的问题是如何制造水。将水从地球空运到国际空间站成本高昂，所以那里的宇航员要利用任何可能的水源回收水——淋浴器、马桶、水槽，甚至他们自己的尿液。一种叫作“水回收系统”的设备可以循环用水，使其净化后再次使用，从而将重新补给的需求降至最低。

另一种方法是利用火星上发现的资源。人们可以融冰为水，或者加热水合矿物，即含有结晶水的矿物，把水提取出来。

冲水系统改良

美国宇航局为深空任务研发了一种新型马桶，它能回收98%的用水。

另一个必不可少的东西是氧气。人们在火星上无法呼吸，因为火星的大气中氧气不足，而二氧化碳过多，人类无法生存。火星氧气原位资源利用实验装置应运而生。

这个小装置是毅力号火星车的一个仪器。从本质上讲，它像树一样呼吸，吸入二氧化碳，呼出人类需要的氧气。而且它很管用！有了它，人们就能在火星上制造氧气。

火星氧气原位资源利用实验装置

飞尘幻景

2018年，科学家以为他们在火星南极下方约一英里处发现了一个巨大的融水湖，但一项新的研究表明，那只是火山表面的映像。

越大越好

目前火星上的火星氧气原位资源利用实验装置是一个测试模型，和汽车电池差不多大。一旦人类到达火星，将需要一个约200倍于此的系统。

 

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人在火星上需要安全的生活和工作场所，在这一领域，3D打印又可以派上用场了。太空机构和公司将把所有需要的机械设备送到火星。如果人类到达火星，他们将使用在火星上搜集的原材料建造栖居地。

玛莎的原型屋已经在地球上建成，下图展示的是宇航员在火星建造该栖息地的样子。

需求不同

在地球上，建筑物的设计要经得住风吹，承受得住重力。在火星上，类似上图这样的建筑要应对内部气压和极端温度变化等挑战。

顶级防护

舱外宇航服能让宇航员在121˚C到-157˚C的温度下保持舒适。

美国宇航局举办了一场竞赛，让各公司竞相为火星栖居地提交最佳设计方案。获胜作品是一个名为“玛莎”的高大蛋形建筑，设有干湿实验室、运动空间和花园以及辐射防护等安全设施，保护人们免受太阳有害光线的伤害。

当然，人们不会想一直待在室内，他们外出时需要穿宇航服来保护自己。

美国宇航局为未来的登月任务开发了一款新型宇航服，名为探索舱外活动宇航服（简称舱外宇航服）。这款宇航服比老式宇航服更安全、更灵活，并且有多项尖端科技加持，包括声控麦克风和手套内置遥控系统。这款宇航服可能也会被用于火星之旅。

地球化

科学家正在探索地球化，即改变火星的环境，使之适合人类居住。没有人能保证这事行得通。

 

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在火星表面活动或搬运东西，宇航员将会驾驶太空探索车。太空探索车有一个加压舱，这意味着宇航员在行进时不需要穿宇航服。乘员舱是倾斜的，方便乘车人看到视野之外的地方。太空探索车的车轮能360度旋转，可以朝任何方向行驶。它还能像螃蟹一样横着走，使之在颠簸的地面上能够灵活移动。

另一个挑战将是通信。当前在火星上的火星车和着陆器可以向地球发射无线电信号。根据地球和火星所处的位置，传递一条信息需要4到24分钟不等。

这样的延迟会造成问题。如果人类到达火星，美国宇航局计划用激光与地球传递信息。这样传递信息的速度将提升10到100倍。

左图是火星立方体1号立方体卫星，这是一种可以相互通信的小型卫星，还有助于火星的信息更快地传达地球。

乘员舱空间

太空探索车按设计供两名宇航员乘用，但紧急情况下可载四人。

快速传输

美国宇航局表示，用无线电信号向地球发送一张火星地图可能需要9周的时间。用上图所示的激光，9天内即可送达。

 

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成为火星探险者

想象一下成为火星探险者的样子。现在，睁开眼睛，面对现实吧。前往火星——尤其是在头几次任务中——将是极端孤独的。你将与家人和朋友远隔千万里，和五六个人困在一个狭小空间里，并且年复一年，日复一日都和同样的五六个人待在一起。

演练

为了研究人类将如何应对在火星上生活的挑战，美国宇航局在美国德克萨斯州休斯顿的约翰逊航天中心使用3D打印机建造了一个类似上图的火星栖居地。志愿者将有偿在那里生活一年。

除了一流的人际交往能力，你还需要技术技能——很可能在不止一个领域。如果什么东西坏了，你们得有人会修理。不是每个人天生就适合成为一名火星探险者。但对于那些火星探索者来说，红色星球之旅可能会是一次伟大的冒险。

成为一名宇航员并非易事。美国宇航局的所有宇航员都拥有理工科（科学、技术、工程和数学）的硕士或更高学位，有些人做过喷气式飞机的机长，驾驶飞机至少1000小时，很多人在军队中担任过飞行员，身体素质极佳。他们必须通过美国宇航局高强度的宇航员耐力体能测试。

左图展示了宇航员探索火星表面的可能情景。

想当宇航员？

每年都有成千上万的人申请成为一名宇航员，被选中者寥寥无几。

 

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图为未来火星社区

幸运的是，未来在火星生活和工作还有很多其他机会。美国宇航局、太空探索技术公司和蓝色起源公司已经公布了他们正在寻找的人才类型，可谓各式各样，不拘一格。

火星上的首要任务是建立基础设施——人类生存所需的所有建筑和系统。建筑业、采矿业和制造业的工作岗位将首先被填补。

太空技术

现在有很多与太空相关的工作，不过大多数还在地球上。

此外，还需要一个由人组成的支持系统，负责烹饪、清洁和帮助维护设施。

一旦社区建立并运行起来，大门就会向各领域敞开。探险者将环游火星，取得新的发现，勘测人员将绘制火星的陆地地图，技术人员和工程师将建立新的基地，并进行维护。

请上飞船!

太空探索技术公司是首家将宇航员送入国际空间站的私营公司，该公司正在新建一个可以把人送上火星的巨型火箭系统。

 

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懂得如何在火星上种植水果蔬菜的太空农夫对于火星社区非常重要，要保证每个人的健康，医生和护士也必不可少。

如果更多的人去火星，教师的作用将变得至关重要。他们将确保每个人都具备在火星上生活和生存所需的技能，还将教人们熟悉新环境。

蛋白质的来源

研究人员表示，将动物运送到火星是不切实际的。但是很多人想吃肉。他们将从哪里得到肉？昆虫和实验室培育的肉！

去火星

“火星就在那里，等着我们去。”——埃德温（后改名巴兹）·奥尔德林，阿波罗11号宇航员、第二个在月球上行走的人。

假以时日，很多目前在地球上完成的工作可能会出现在火星上的某个地方。

如果你憧憬有朝一日登上火星，那么就心怀远大梦想吧！了解火星，追随你的激情。这颗红色星球上也能有你的一席之地。

图为未来火星花园