https://www.nationalgeographic.com/magazine/article/why-are-people-so-dang-obsessed-with-mars-feature

让地球人魂牵梦绕的
火星

这颗飞尘笼罩的红色星球让人类迷恋了很多个世纪,即便世人如今对它的了解有所增进,那些没解开的谜团仍吊着人们的胃口

十月中旬的一个暖夜,我辗转去往弗吉尼亚大学的麦考密克天文台,矢志揭开一个存留已久的谜:地球人怎么能对火星迷成那样?

山顶,天文台的圆形穹顶敞开着,在秋夜的昏暗中蚀刻出一弯琥珀色新月。圆顶中立着一架望远镜,它将帮我看见火星,如一个多世纪前的观测者所见的模样——1877 年求知若渴的天文学家就是用这部设备确然发现了两颗小小的火星卫星,福波斯和德摩斯(火卫一、火卫二)。

弗吉尼亚大学天文学家埃德・墨菲今晚专程到天文台走了一趟。由于新冠疫情不退,该设施目前对公众关闭。轨道动力学的回旋之舞使火星在天空中正迎来它最大最亮的时刻,墨菲计算出弗吉尼亚中部的最佳观测时间就在此刻,当地时而扰动夜空视野的大气乱流也不太碍事。

组装桅杆变焦相机 Mastcam-Z
在位于美国加州圣迭戈的马林太空科技系统公司,远程设备组装工奥拉瓦莱・奥卢沃手中的部件属于 Mastcam-Z——它是安装在 NASA 漫游车毅力号上的一对相机,具有变焦功能。右图中,Mastcam-Z 相机正在模拟火星表面剧烈温差的密闭舱中接受测试。

他爬上梯子,在搭建于 1885 年的木制观测塔上站定,把巨大的望远镜扭向天上那个鲜明的橙色光点。他摆弄一个摇柄,调好焦距。「静候一小会儿,等大气平定,你其实可以看到轮廓清清爽爽的火星……然后它的身影会再度模糊起来。」他透过脸上的太空主题口罩说。

我们俩换了位置。望远镜中的火星是个上下颠倒的桃粉色球体,对焦时清时糊。在稍纵即逝的清晰时刻中,我犹疑地动笔速写,勾勒出它的明暗特征,并尽力向 19 世纪初次测绘火星图景的天文学者们「通灵」。那些前辈当中还有人狂热地笃信,它面孔上的异界条纹是先进智慧文明的标记。

今天我们知道,这颗行星的朱红色表面并无纵横交错的宏伟工程痕迹,但这其实无关紧要。人类对火星的兴趣经久不衰。近千年来我们不但以各种方式理解火星:把它与神话人物联系在一起,绘制它的轨道和面相,把它放进我们的艺术、歌曲、文学和电影。自太空时代伊始,我们还向火星抛射了五十多部设备,样样是工程学的杰作,总花费以十亿美元计,其中许多尤其是早期项目都功亏一篑。但我们的火星狂热仍然高歌进军。

一尘不染的开局
位于加州帕萨迪纳的 NASA 喷气推进实验室内,工程师们在一间无菌室里为发射前的毅力号火星车校准其 23 个摄像头。考虑到它的目标是寻找火星上的生命迹象,专业人员采取了许多防护设施来避免火星车沾染地球微生物。

我去年十月与墨菲见面时,太空中有八架航天器围绕火星飞行或探索其尘沙漫漫的地表。2021 年 2 月,截至发稿时间,又有三名机器人「使节」正按计划准备与这颗红色星球会合,包括 NASA 的旗舰火星车——肩负寻找生命任务的「毅力号」和分属中国、阿联酋的两个有望创造历史的航天项目。

但是,为什么?在我们已知的世界中,火星各方面都算不上顶尖。它不是最亮的,最近的,最小的,甚至也不是最容易到的。它不如金星神秘,也不像拥有宝石色泽的木星或光环围绕的土星那么富丽堂皇。它甚至称不上是最有机会发现地外生命的地方——这方面是太阳系外围的冰海卫星希望最大。

远见科技
毅力号探测车桅杆上的一对机箱是主摄像头,高度约 2 米,间距适中以获得立体视野。亚利桑那州立大学行星科学家吉姆贝尔说,它们传送回来的火星影像会让人觉得身临其境」。而与人眼不同的是,这些设备能「看到」多种波长的景象。

「火星上的大片红色尘土跟别的这些世界比起来没多大意思。」北卡罗来纳州立大学行星科学家保罗・伯恩说,「我可从没宣扬它不值得探索。我一直大力呼吁的是,我们应该思考怎样把火星合并到太空探索的总体策略中。」

把火星视作有诱惑力的探索目标,其科学理由是复杂而持续演变的,天上那许多轨道探测器、登陆器和火星车传送回来的丰富图像和信息促成了这种演变。火星是一个亘古谜团,一个始终与我们若即若离、不露真容的地方。「这是全世界『开奖』过程持续最久的一项发现,」约克大学专攻太空探索中的人力因素的人类学家凯瑟琳・丹宁说,「是巨大无比的悬疑。」

而火星仍牢牢据守在大众时代精神中的原因可能异常简单:即便它在我们脑海中的形象越来越清晰具体,我们仍能毫不费力地幻想自己亲身登陆,建立地球疆界外的新家园。「它胜在足够空旷。」丹宁说。

我手里拿着一张潦草速写的火星图,想起人类花在追逐绿皮小人、微生物和人类定居地上的几十年,以及火星狂热屡屡受挫却又回温的历程。同时,我知道也有众多科学家摩拳擦掌要把我们的梦想和我们的机器人发射到太阳系其他有诱惑力的目的地去。随着科学家在有限资源和加剧的竞争之间抛来接去,我禁不住怀疑我们是否会有摆脱火星诱惑力的那一天。

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自从文明初次仰头观天,人类一直在追随火星,绘制它变动无常的巡天路线。苏美尔人在公元前第三个千年追踪到这颗「漫游之星」,记述了它的不详光色并与掌管瘟疫与战争的恶神涅伽尔联系起来,认为它的移动和明暗转变预示着国王、骏马之死或庄稼和战役的运数。

澳大利亚土著文化也记录了它的光色,将其描述为某种经过火焚之物或与当地的红尾黒凤头鹦鹉相联系。前哥伦布时代的玛雅人细心绘制了这个天体相对与诸天星辰的位置,认为其动态对应着地上的季节更替。古希腊人以它象征战神阿瑞斯,又被后来的罗马人重新塑造为战神玛尔斯(即火星的今日之名 Mars)。

「作为真实行星的火星始终只有一个,但存在于不同文化中的火星有很多个。」丹宁说。

19 世纪中期,望远镜使火星从神话形象转变为一个星际世界。对焦清晰的镜头后,火星成为一个带有天气和地形变换的行星,并拥有与地球相似的冰盖。「人类破天荒头一次有办法通过目镜审视火星,就开始发现变化中的事物。」在搜寻地外文明(SETI)研究所钻研火星数十年的娜塔莉・卡布罗尔说。有了更先进的设备,这个动态丰富的天体就能被详加审视和测绘。

古地平线
2003 年一架探测车发现了火星上曾有流动水的证据,但这颗红色星球上的早期气候条件如何仍有争议。计算模型暗示,可能在两种极端情况下(如图),地表可存留一些液态水。科学家怀疑火星曾在这两种状态间循环切换。气候较暖时,平均气温水平与 14℃ 的地球相近,可以容许流动水甚至雨的存在。暴风也许已清除空气中的大部分尘土,天空比现在蓝。火星大地湿而多岩的状态无法支持植被生长;低于南极洲的气温会使一切地表水保持封冻,高海拔处有冰雪。火山的熔岩和蒸汽可能曾使某些区域享有短暂的温暖。远古火星的外貌应是偏灰的,今日的锈红色泽来自土壤中的氧化铁。

在维多利亚时代,一众天文学家勾勒出火星的表面图案,当做实据呈给世人,但绘图者的灵机一动和偏见都会影响最终产品。1877 年,其中一份图谱捕获了大众的关注。绘制者是意大利天文学家乔瓦尼・斯基亚帕雷利,他笔下的火星拥有刀砍斧削般的表面地形,数十条运河中冒出的一座座岛屿被他特意涂成蓝色。斯基亚帕雷利在他的「地图」中填满了细节,并且舍弃当代命名规范,给他笔下的种种特色地貌标注上取自地中海神话的地名。

「这番发布真堪称胆大包天。」新墨西哥大学历史地理学家玛利亚・莱恩说,「他等于是在讲,我看到这么多跟以前任何人所见迥然不同的景致,简直没法子用同一套命名。」

因此,莱恩说,斯基亚帕雷利的火星图立刻被捧成权威。科学观点和大众观点都把它奉为强大正典,三十年放浪不羁的火星狂热随之到来,最后,任何一个体面人都可能相信火星智慧生物兴建了包罗全球的运河系统,绝不会招来耻笑。这一轮狂热大部分可以直接关联到一个人——性情古怪而一心迷恋火星的贵族珀西瓦尔・洛厄尔。

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洛厄尔是美国波士顿的有钱人,哈佛校友,对天文学的兴趣并非一时虚热,对科学文献和流行著作都有旺盛的阅读欲。他一方面受到斯基亚帕雷利的火星图鼓舞,且又笃信外星科技打造了火星上的运河,便紧锣密鼓地兴建了一座山巅天文台,以赶在 1894 年秋投入使用——火星正近距离掠过地球,完全被阳光照亮的面容对于「运河」观测是个绝佳机会。

左图:绝地履险
送一架航天器到火星去可不容易,许多次早期尝试功败垂成,但 1997 年美国宇航局的「探路者号」任务成功让第一架有车轮的探测器登陆火星并开动。这辆开路先锋名为「旅居者号」,在 2015 年的电影《火星救援》中还担当了一把重要配角。

右图:天眼自拍
NASA 的火星车传回的照片不仅推动科学前进,也帮这些机器人赢得了大众喜爱。2014 年「机遇号」发来了这张以多幅图像拼接的自拍,图中可见这辆探测车的太阳能电池板蒙着火星上遮天蔽日的招牌尘土。

在一些朋友和家族财富的帮助下,洛厄尔天文台那年在亚利桑那州弗拉格斯塔夫落成,坐落于当地人称作「火星山」的陡峭山崖上。从此洛厄尔就在山上的松柏间忠实守候着红色星球,一夜又一夜地等待对焦成功。基于自己的观察和速写记录,洛厄尔不仅认为自己能证实斯基亚帕雷利的图谱,还相信自己看到了另外 116 条运河。「你越是透过目镜反复地看,就越容易开始看到笔直的线条。」卡布罗尔说,「因为人类大脑就是这样造作意念的。」

按照洛厄尔的估计,火星运河建造者是具有高度智慧的生命,能实现星球规模的大工程——该种族为了应对毁灭性的气候变化,被迫修建从两极延伸到赤道的巨型灌溉运河。洛厄尔大量发表他的观察成果,他所坚信的火星文明说也传染给了世人。连电力先驱尼古拉・特斯拉(因与同时代发明家托马斯・爱迪生竞逐而知名)也沉醉一时,在 20 世纪初宣称检测到了发自火星的无线电信号。

但洛厄尔的假说在 1907 年开始垮台,部分原因正是他资助的一个项目。那年,天文学家透过一家望远镜对火星拍了数以千计的照片并公之于众。莱恩说,星球摄影最终取代地图绘制成为「真相」的提供者。人们一旦亲眼得见火星的照片与以往绘图对不上号,就对洛厄尔火星图的权威性不再买账了。

昔日与现在
早期模糊的火星照片(题图)引人遐想,编织出诸多外星人造运河的故事。虽然后来我们知道那里从未绽放过智慧文明,但「好奇号」等火星探测车在搜寻微生物存在过的证据。

尽管如此,在 20 世纪的开端,火星已成为世人熟知的「邻居」,景致虽异于以往想象,移居的愿景却未曾破灭。下一波观测结果揭示,火星的极地冰盖随季节涨缩,其间会释放出一大片漫向赤道的阴影。1950 年代有些科学家认为那些阴影区域一定是繁茂和凋零更迭的植被,这套理论登上了当时的顶级科学期刊。此起彼伏的理论热潮催生了一大批幻想小说,从 H. G. 威尔斯的《世界之战》和埃德加・赖斯・伯勒斯的《异星战场》系列,到雷・布拉德伯里的《火星编年史》。

「在我们得以真实探索火星之前的日子里,也就是 1960 年代以前,产生过宝藏般的想象。」小说《火星救援》作者安迪・韦尔说,「当时的科幻作家可以说,我对火星一无所知,那么我反而可以随心所欲地编织任何情节。」

时间来到 1965 年,美国宇航局的「水手 4 号」探测器飞掠过红色星球,捕捉到火星地表的第一批近景黑白图像。流行文化想象的丰饶梦境顿时消散,换成陨坑累累的粗粝大地。终于露出真容的星球却是一片不毛之地,怎不令人大失所望。然而没过多久,关于火星存在生命的想法再次点燃了人类的牵挂之处。

起伏的地貌,2015
利用 NASA 火星车「好奇号」制作的一幅全景图中,沙丘如波澜般铺展,因为晨间阴影和沙中的矿物颜色而显得乌黑。
乱石地貌,2016
下午过半时的盖尔陨击坑(好奇号登陆地点)的 360 度全景捕捉到火星与地球莫名相似的一面。
更加锐利,2019
好奇号团队制作了这幅立足于夏普山(盖尔陨坑里的一座山丘,正式名称为埃俄利斯山)坡地的高分辨率全景图像,它是以四五年间拍摄的上千幅图片拼接而成。
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从某种意义上说,新冠疫情带来的隔离使我体会到了火星科学家们应有的日常。通常情况下我旅行范围很广,穿沙漠、钻热带丛林、走冰海,亲身带着采访笔记簿四处追逐故事。眼下,火星探索者们终日忙于理解某个只有通过望远镜或电脑屏幕才能看清的地方。他们不会戴着手套抓起外星的泥土,或拂去宇航服面罩上的尘土;实际操作必须由遥控探测车完成。

十月某个周二上午,我通过视频会议软件采访 SETI 研究所的卡布罗尔——她身处美国另一端的加州。我们会面的地方没有陈设考究的书架,只看得到她当做电脑窗口壁纸的火星图片:广大视野中阴沉沉遍地乱石的山峰横跨铁锈色的平原,远处露出橙色光晕中的山脊线。我心想,不愧是花了几十年间接浸淫于火星风貌中的科学家。

然后卡布罗尔切换了画面,前景上现出轮胎印、卡车和一簇亮橙色帐篷。我不再盯着火星,眼前是卡布罗尔设在智利境内阿尔蒂普拉诺高原的一座田野场地。几十年来她一直在这片高原荒漠搜寻与火星相似的环境,在火山峰顶和湖泊考察生命迹象,试图想象数千万千米外的一具机器人替身怎样能完成这套工作。

卡布罗尔和其他注视火星的当代科学家都应感激「水手 9 号」,1971 年首次围绕火星飞行的航天器。一开始它无法透视席卷整个星球的巨大沙尘暴。「火星直到最后一分钟都在尽量裹紧神秘的面纱。」卡布罗尔说。但当沙尘平息,探测器上的相机捕捉到了塔尔西斯山脉的巍峨峰巅,而这三座大火山的壮伟仅次于与其相邻的奥林波斯山。东面是水手号峡谷群,一条类似亚利桑那州大峡谷的裂谷,长度却是后者的九倍。

更重要的是,在水手 9 号拍摄的数千张照片中,科学家看到了古老的河谷、冲积平原、水道和三角洲。他们还检测出了水冰的化学痕迹。这一切迹象都说明是浩荡的液态水雕砌出了火星的奇特地貌。

远程遥控
马林太空科技系统公司的安吉拉・马吉在制作给「好奇号」上一架相机的指令,该探测车于 2012 年登陆火星。目前火星地表还是人类只能通过遥控装置探索的去处,科学家需要编写命令序列来指挥他们的机器人替身做事、旅行和避险。

「地质证据一面倒地显示那里的气候曾与今日极为不同。」日本东京地球生命科学研究所的古代火星气候学者拉美西斯・拉米雷斯说。这个认识改变了火星探索的发展轨道。「这比我们能想到的所有民间故事都深奥得多,」卡布罗尔说,「于是另一次历险开始了。一次科学的历险。」

得知远古火星可能是一个与地球相似的去处,学界激起了一整套关于行星演化的新问题,对于在火星上寻找生命曾经存在(幸运的话甚至存在至今)证据的兴趣也重新焕发出来。「我们仍然在钻研珀西瓦尔・洛厄尔当年熟悉的那些课题,我觉得这很神奇。」NASA 喷气推进实验室火星计划办公室首席科学家里希・楚雷克说,「只不过……不谈外星运河了。」

NASA 在水手 9 号之后迅速跟进了更具雄心的太空任务。1976 年,人类终于得以平视火星的红色大地了——「海盗号」双子登陆器在北半球落地。斯时,科学家已经知道火星上并无季节性铺展的植被,那些变动的阴影是尘暴卷起火山沙造成的。他们也知道地表已不再有丰沛的流水。

但他们不知道的是,火星的土壤是否毫无生机,至少还有一位天文学家——卡尔・萨根不打算完全放弃寻找较大生命体的想法。

为了对夜行性的火星居民有备无患,「我们在很长时间里打算给海盗号配置一盏高能灯,以便在夜间拍照。」科幻作家、喷气推进实验室首席工程师金特里・李回忆道。让萨根失望的是,海盗号团队决定把两架登陆器的高能灯都拿掉,而李说,如果你质问萨根他是否当真指望看到火星人在黑夜里溜达,他很可能也会否认的。

海盗号的检测并未找到火星微生物或沙地上的足印,却在土壤中发现了高氯酸盐的痕迹,这类化合物能破坏有机分子,甚至可以抹除碳基生命存在过的任何迹象。「也就是说,你可能连死尸都别想找到。」楚雷克说。

但海盗号确实传回了地貌图像——泛红的乱石荒原,看起来就像地球上任意干旱地区的快照。随着 NASA 一辆接一辆地把探测车投放到火星的荒凉地表,新画面大量涌现。1997 年有「火星探路者号」,然后是 2004 年的「机遇号」、「勇气号」双子探测车,乃至 2012 年的「好奇号」。每辆探测车抵达时都带着益发精良的相机,合共传送回约 70 万张图片。现在当我们看到火星土壤里的车辙或机器人在陨坑边缘的自拍,能比较容易地想象自己也踏足此境了。

「一旦登陆,就会激起对自身作为人类身在其间之意义的质问。」在耶鲁大学研究太空画面对世界观影响的人类学家莉莎・梅塞里说。

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从伊斯坦布尔驱车约八小时,可抵达土耳其西南部胜地萨尔达湖。深色火山岩翻滚着滑向环绕岸边的银白沙滩,碧蓝的水在接近湖心处变为一种深邃的墨蓝,那里的湖底有上百米深。它是耶泽罗陨击坑的绝佳模拟地,而 NASA 的毅力号火星车将以该地点为目标展开古生物踪迹搜索。

「当地人把这里叫做土耳其的马尔代夫。」2019 年到访的美国普渡大学行星科学专业研究生布拉德・加尔钦斯基说,「你可以想象自己是一个微小的古菌,正躺在耶泽罗的湖岸上晒太阳。」

火星上的湖已干涸,但被雕砌出来的地形暗示耶泽罗曾有一个大而深邃的陨坑湖,由河流浇灌蓄水。35 亿多年前,河水很可能从北面和西面注入,在坑壁附近的三角洲存下了一层又一层沉积物。久之,陨坑内湖水蓄满、泛滥,最终从东面决口,把水倾泻掉了。

航天器从轨道中鉴定出耶泽罗的三角洲附近有黏土和碳酸盐矿物,这些都需要在水环境中形成。类似地,萨尔达湖的白沙是由名为微生物岩的碳酸盐降解而成。当溶于水的二氧化碳生成碳酸盐离子,与镁等其他元素发生反应并快速沉淀,裹挟生物合成的有机物,就能形成微生物岩。在地球上,该过程会形成层层叠叠的地质构造,留存最古老的微生物存在证据,可上溯到 35 亿年前。科学家希望耶泽罗的碳酸盐矿物也能有此贡献,锁住曾栖居在湖中或远古湖岸的生命体。

「这是我们对耶泽罗陨坑充满期待的原因之一。」普渡大学行星科学家布廖尼・霍根说。加尔钦斯基正在土耳其扮演火星车也是出于这个原因:他在寻找最有可能把生物标记保存下来的地方,并猜测它们在毅力号「眼里」会是什么样子。为此,他从萨尔达湖采集了四十多千克样本,装进一只行李箱乘飞机拖回家。

毅力号也将像加尔钦斯基一样采集岩石带回来,不过它最多只能带 450 克。这辆探测车在耶泽罗陨坑四处游走时,其挂载的多波长摄像头能帮它辨别出最具吸引力的岩块来采集。它会暂时把这些样本保存在火星上,等待未来返航的飞船降临。样本一旦抵达地球上的实验室,科学家们将用最尖端仪器来从中读取火星的古代气候记录,梳理任何可能的生命踪迹。

还有可能,如果走运的话,毅力号的先进相机将率先拍到火星居民的化石证据。

火星环境模拟演练
在火星上成功操纵一辆探测车之前需要大量练习;在地球上,科学家选用一些可模拟火星地形的场地来排除操作程序中的各种不顺畅处。2020 年 2 月,美国内华达州的一处干涸湖床成为喷气推进实验室研究人员的火星模拟场。雷蒙德・弗朗西斯(站立者)和马歇尔・特劳特曼用遥控相机操纵器来测试为毅力号探测车设计的装备。
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不过,要说火星曾经教会过人类什么,那就是我们常常被自己一厢情愿地希望火星地表有生命的心情蒙骗。从运河到植被,再到引来火爆争议的火星陨石中的化石踪迹,红色星球一再用冷硬的现实碾压我们的热望。那么,我们为什么还要接二连三派出新的航天器去寻找火星生命呢?甚至还不是找活着的生物,而是可能在几十亿年前繁荣过的生物留下的蛛丝马迹?

「我们迄今做的事根本不能算寻找火星生命。」卡布罗尔一字一顿地说,「如果你对所在环境没有很好的了解,又怎么能从环境中解读或提取出生命信号?」她又说,连名义上专为寻找地外生命而打造的海盗号,其携带的检测实验装置也是在对火星环境缺乏足够认识的情况下设计的,基本没有合理的成功几率。

但那些古老的地貌仍在,保存着这颗行星年岁尚幼、大气层较厚、生命有可能在稍为湿润的气候中繁盛时留下的记录。

「我们知道运河并不存在,知道火星上没有金字塔和外星文明也过不了现代生活。」卡布罗尔说。但如果我们真在金星地表发现了某种有益于生命的化学特征,就有望了解到生命在一切岩滩环境中演化的某种共性——也适用于我们的地球。

如果毅力号找不到火星化石证据,连耶泽罗之类地点曾是生命栖息地的迹象都找不到呢?我们有生之年能放得下对火星生命的执念吗?行星科学研究所的资深科学家戴维・格林斯庞承认,大概率不能。「要让『火星不知用了什么办法向我们隐瞒了生命』的念头熄灭是很难的。」他说,「这是个极其顽强的执念。」

在某种意义上,这份顽固可能是我们渴望同伴、渴望情感交流、急欲得知自己并非宇宙中一棵独苗之心的最直观表露。人类在大多数情况下都需要与其他人结伴才能生存,也许这条定律放在星际尺度上也是成立的。

「我们不是一个秉性独来独往的族类。」韦尔说,「在宏观水平上,人类也不愿孤独。

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我们应该学会去理解别人的观点,不仅仅是服从和被告知。

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时代的水流漫过了每一只筏子,浸湿了我们的脚,而大雨迟早要来。

开门见山,明知山有虎

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