探测器列传：火星上的海滩

抖音热门 2025年11月30日 00:44 1 admin

尽管探测器已经落在了火星上，但是火星车并没有立刻离开底座平台。而是在火星上先静静的观察了8天，对着周围拍摄了不少的照片。同时，在天上绕圈圈的天问一号探测器还要完成数据信号中继的任务。

火星车本身虽然也能直接和地球联系，无奈距离太远，速度太慢，火星还在自转。以火星上的视角，如果地球落到地平线以下，通信就断了。只能等第二天地球从地平线上冒出来再说。同样，地球也在自转，我国的大天线也不是时时刻刻都能对着火星。这二者的通信窗口期很短，每天大概只有半小时。即便是通过天问一号进行中继通讯，速度也快不到哪里去。从火星上传一张照片，大概要花8个小时的时间。所以，一开始还没工夫传照片，先要把本身的状态数据传回地球。

一直到5月22号，着陆器在伸出轨道，让祝融号火星车慢慢开到了地面上。先要保证6个轮子和悬挂系统能适应火星表面的行驶。这东西毕竟是由月球车改造过来的，火星环境还是不太一样。先走两步试试看。

另外，火星上赤道附近，白天能到27度，夜里是零下130度，温差极大。比月球上好点有限。还得看看肚里携带的用于储热的正十一烷是不是能顶得住夜间的严寒。当然，火星上的沙尘也比较多，还得看看太阳能电池板能不能满功率发电。

祝融号下了地以后，向前走了10米，然后把肚子底下的分离相机放好，自己走回着陆器底座旁边，让分离相机给自己和着陆器拍了一张合影。这张照片后来发回地球，成了祝融号火星车的标准照。你别说，这个家伙还真有点萌萌哒的样子，就是眼睛有点小。

祝融号火星车本身就是个方盒子，下边是六个轮子和悬挂装置，前边竖着桅杆，杆子顶上的各种科学仪器，背上展开太阳能电池板，有点像一只蝴蝶的样子。后边是通信天线，有点像个尾巴。那两个看着像是眼睛的装置，实际上是立体导航相机。不过呢，两只眼睛中间鼻子的位置，还有一个小孔，这个小孔是多光谱相机。通过更换不同的滤镜，可以拍摄从480~1000纳米波长的全套图像。这东西是个矿物识别神器，因为不同矿物反射的光谱是不一样的。

桅杆顶端的这个方盒子里，还有磁场探测器。火星磁场比地球弱1000倍，为了过滤掉各种干扰，磁场探测器采用了双探头设计，一个在桅杆顶上，一个在底部，可以通过双重比对，消除干扰信号。这个磁场探测器的精确度极高，能探测到0.01纳特斯拉的磁场变化。分辨能力就好比能在嘈杂的菜市场里听到一根针掉在地下的声音。

要知道，科学家们通过卫星观测火星已经很多年了。我们认为太阳系早期刚刚形成的时候，地球也好，火星也罢，都是炙热的熔融状态。然后在逐渐冷却下来的，变得比较宜居。

就拿我们的地球来讲，地下的情况非常复杂。高温会使得岩石融化变成液体，但是高压又会使得岩石变成固体，谁占上风随着深度而起变化。一般认为地核上层是液态的，液态地核的流动形成了一个发电机。给我们的这个星球带来了磁场，地球磁场还是比较强的。

火星复杂的磁场

但是火星就不一样了，火星已经凉了，再也产生不了磁场。现在能测量到的都是一些剩磁，也就是某些岩石当年被磁化了，现在还剩下一些微弱的磁性。没有磁场的保护，也就保不住大气层，会被高能的太阳风粒子逐渐吹散。所以现在火星大气才这么稀薄。

一个岩石星球不会一开始就有磁场，只有核心部分保持炽热，但是外皮已经凉了，这时候才会产生热对流。这时候才会产生磁场。那么，火星到底是什么时候产生的磁场呢？又是什么时候消失的呢？现在美国的探测器给出的数据有一些互相的矛盾。到底是4亿年前消失的，还是3.7亿年前消失的？还是说，中间居然有2次启动，靠什么启动的？我相信祝融号会对搞清楚这个问题提供非常重要的帮助。卫星总不如在火星上溜达测量的精细对吧。

当然了，桅杆顶端还带着一个气象站。你总要测量一下火星上的温度，气压之类的气象参数。对了，祝融号也带了一套话筒，可以听到火星上的声音，就连自己吱吱嘎嘎向前走路的声音，它也能录下来。

祝融号携带的仪器

祝融号肚子里还带着一个探地雷达，能探测到地下深处的反射波。它有两个频道，低频频道能看深层的冰层和地质结构，探测深度比较大，但是分辨率有限。高频频道分辨率超高，连地下几厘米的小石头都能看清。

祝融号也带着激光器，可以发射激光脉冲，在2~5米的距离上把岩石烧冒烟，然后分析烟的化学成分，然后可以反推出岩石的成分。

祝融号火星车在走路的时候，有些仪器是开不了机的，导航系统肯定要工作，不然会掉进沟里，另外，雷达和气象仪也在自动工作，雷达每走50厘米扫一次地下，气象仪每小时测5分钟。如果采用顶点模式，蹲在某个地方长期坚守，那么全套仪器都可以开机工作。发现某块岩石比较有意思，那所有的机器都会轮番上阵，2小时内完成拍照、激光击射、光谱分析、磁场测量全套流程。

一个礼拜是7天，祝融号6天采用移动模式到处溜达，1天采用顶点模式仔细观察。这一切都是自主工作。地面上只负责宏观任务设定，具体怎么走，全靠火星车自己了。只要祝融号能在火星上溜达90天，那么就算是够本了，但实际上，祝融号在火星上足足溜达了一年多。根据祝融号发送回来的数据，科学家们有了重大的发现。

火星地形图（伪彩色）

咱们地球上是北半球陆地多，南半球海洋多。但是火星上恰好相反。火星的北半球，地势相对低洼，而且平坦。南半球的地势就比较高，而且显得坑坑洼洼。所以大家怀疑火星的北半球在远古时代很可能是有大面积的海洋存在的。

但是火星现在是干巴巴的，你就算发现有水的痕迹，你也不能证明火星过去曾经有过大面积的海洋。因为小河沟也是水，一个小水塘也是水啊。所以火星的北部平原是不是连续的大面积海洋，这个问题一直争论不休。

2025年2月，中国科学院团队在《美国国家科学院院刊》上甩出一篇重磅论文，祝融号用它的探地雷达，在乌托邦平原南部地下10到35米的深处，清清楚楚地扫描出76层倾斜的沉积结构。这些沉积层一层层相互叠压，全都朝低处倾斜。这个发现让全世界的行星科学家们都吓了一跳。这个发现就意味着火星的远古时代，的确存在着大面积的海洋，这种沉积结构，实际上就是海岸线的特征。

雷达回波分析

大家可能会奇怪，这种倾斜的沉积结构怎么就成了海岸线的特征呢？大家还记得沙滩吗？沙滩不就是一个大面积的倾斜结构吗？一头伸进海里，一头在陆地上。祝融号实际上是发现了远古时代的沙滩。

那么问题来了，你怎么证明它是沙滩呢？万一它就是一个大面积的斜坡呢。你别说，沙滩和斜坡还真的就不是一码事儿。要说清楚这个问题，咱们还得弄明白地球上的那些漂亮的沙滩是怎么来的。

既然是沙滩嘛，首先得有沙子。这些沙子，要么就是河流给搬运来的。比如说长江黄河每年往海里输送的沙子就得有几亿吨。还有呢，就是海浪反复拍打海岸上的岩石，把岩石上的碎屑给卷到海里去了，这些也是沙子的主要来源之一。还有呢，海底下本来就有很多松散的沉积物，这些东西也是沙子的主要来源。还有生物来源，比如说珊瑚啦，贝壳啦，这些东西都是硬的。

这些乱七八糟的来源混在一起，经过风吹浪打，互相磨来磨去，最后那些能够溶解的物质都已经不见了。留下的就是那些溶解不掉，而且还硬度还特别大的成分。主要就是石英和长石这两种玩意儿。这也就是沙子最主要的组成成分。

当深海的大浪涌到浅水区的时候，这些浪头都会破碎，这时候的波浪就像个推土机，它会把沙子往海岸上推，而且呢，往上推的力量总比往回退的力量要大，所以沙子就留在岸边不走了，而且波浪还有个强迫症，喜欢按颗粒大小给排了个队。颗粒大的就沉在下边，颗粒轻的就被推到上面。颗粒大的送不远，颗粒小的可以送出去很远，海滩不是倾斜的吗？这就由远到近给分了一个层。普通的斜坡可不会出现这种分层的结构，这就是分辨到底是海滩还是普通斜坡的一个重要标志。

所以这种层次非常分明，非常平缓的海滩，不是一朝一夕就能形成的，甚至要花上千万年的时间。如果是短暂的一次性的大洪水，冲下来的泥沙会乱七八糟，根本形成不了这种向低处倾斜，非常平滑，分选良好的千层饼结构。

那么好了，祝融号不是带着探地雷达嘛，而且分辨率还不错。地底下是粗沙还是细沙，反射信号会有区别的。祝融号就在乌托邦平原上到处溜达，溜达来溜达去，突然发现了异样。在地下10-35米深的地方，雷达突然"听"到了一大串规律的反射信号，数了数，一个是76个倾斜的反射体，一层叠一层，全都朝地势低的方向倾斜。这在地质学上叫前积层，是海岸沉积的典型特征！

这篇论文特别强调了几个关键特征，首先是这些倾斜结构的角度和地球上的沙滩惊人的相似。而且通过雷达波的反射信号进行分析，发现了粗沙和细沙分选良好，分层分的特别均匀。只有靠海洋的风吹浪打，才能形成这么漂亮的分选结构。而且这些沉积物的厚度非常稳定。这说明当时的沉积环境特别的稳定，是大面积的连续性的，它不是局部性小水洼。另外，研究团队反复的用计算机进行了模拟，他们排除了各种各样其他的可能性，比如说风吹出来的沙堆啊，什么熔岩管道啊，河流冲刷啊，这些可能性都被他们排除了。这说明这个地方过去就曾经是海滩。

火星上的北方海洋（左边的标记是毅力号所在地，右边是祝融号所在地）

所以现在我们可以大致确定，乌托邦平原是火星上最大的撞击盆地之一。它被撞出来以后就成了火星北半球重要的蓄水池。35亿年前火星上的气候还是很温暖湿润的，所以火星的北半球很可能就覆盖着一大片巨大的海洋，乌托邦平原是浅水湾区。每天，火星的风化层被雨水侵蚀，碎屑被河流带入乌托邦海湾。海浪拍打着海岸，泥沙被不断的筛选、堆积。涨潮的时候海水漫上陆地，退潮时留下沉积物。沿岸的海流把沙子沿着海岸线运输几十甚至几百公里，形成连绵的沙滩。

这个过程持续了至少几百万年，经历了76次以上的沉积周期。可能对应着火星气候的干湿循环：温暖期海洋扩张，沉积层变厚；寒冷期冰冻，沉积暂停；下一个温暖期又来了，继续堆。

跟地球上的海滩相比呢，火星上的沙滩多多少少还是有点区别。火星上没有板块运动岩石种类和地球就很不一样了，这些沙子很可能富含玄武岩成分，它的颜色是偏暗的。另外呢，因为火星上重力比较小嘛。海浪的能量和传递效率也不一样，沉积层可能会更厚，但是更松散。说白了，那个沙滩踩上去啊，应该比地球上的沙滩还松软一点。

那么，这么美好的海洋怎么就没了呢？主流理论认为，大约30亿年前，火星内核逐渐冷却，内部没有对流，也就无法产生磁场。没了磁场保护，太阳风直接轰击火星大气，把气体吹跑。大气越来越薄，压力越来越低，液态水无法稳定存在，要么蒸发成水蒸气，要么冻成冰。乌托邦海湾就这么干涸了，海岸线就这样被风沙和后来的熔岩给埋了，深藏在了地下。

火星上的海滩

过去大家的关注点都在于能不能在火星上找到水。以火星现在的气候条件，哪里的水最多呢？一般认为应该是火星的极地附近，那里肯定存在冰嘛。现在大家逐渐要把视野放到火星的中低纬度了。当然了，火星上可能过去曾经有过比较宜居的条件，但这只是必要条件。是不是曾经产生过生命呢？目前为止，这种迹象越来越明显，但依然做不到完全实锤。毕竟这么多探测器，也没在火星上发现任何一只活物，只是发现了某些可能是活物留下的痕迹而已。

祝融号火星车2021年的8月份就已经完成了90天的工作计划了。接下来每多活一天都是赚的。到了9月下旬，火星转到了太阳附近。受到太阳强烈电磁信号干扰，地球和火星就没办法通讯了，所以这段时间就只能让天问1号和祝融号火星车暂停工作。到了10月份地面测控站和火星车恢复了联系。

2021年的12月1号。祝融号火星车和欧洲的火星快车探测器完成了数据通讯，可以利用欧洲的火星快车作为中继，和地面进行联系。这是一次有意义的国际合作。毕竟火星上的探测器就那么多，大家还是彼此照应一下比较好。反正欧洲也没有自己的火星车，小猎兔犬号不是被摔坏了吗？

火星快车轨道器

到了2022年的3月份，美国人的火星轨道侦察器还拍摄到了祝融号火星车的影像。到了2022年的5月份，火星上的冬天来了。气温急剧下降，这时候祝融号就只能进入休眠状态，先把这个冬天挨过去再说。按理说9月份，火星上北半球应该开春了，气温应该回升了，那么祝融号就可以醒过来了。但是就在9月份，国际上的业余无线电爱好者发现了地面测控站在一遍又一遍向火星发送指令和信号，但是几乎没有收到任何反应。当时他们就怀疑，可能祝融号火星车已经被冻死了。或者是太阳能电池板上积了太多的灰，导致发电量不足。

当然地面上一直在努力和祝融号火星车进行联系，那春天温度不够高，醒不过来，那是不是夏天就可以醒过来呢？如果说太阳能板上积了太多的灰，那是不是万一有一阵风吹过来，把灰吹走了，是不是火星车也能醒过来呢？这就说不准了呀，所以地面上的人员一直在等待，看看有没有机会，但是等到了2023年还是没醒过来。至此我们可以断定，祝融号火星车的使命已经正式结束了，当然它取得的科学成果已经足够丰厚了。它留下的数据，还可以挖掘很多年。

当然了，咱们国家下一步的火星探测计划已经提上议事日程了，那就是天问3号，天问3号要实现从火星取样返回。按照目前的计划，大概是在2028年到2029年这个窗口期内吧。我们上次不是解释过什么叫猴年马月吗？估计在猴年马月之前，美国人是不太可能从火星上把毅力号已经采集的那些样本拿回地球了。那么我国很可能就成为第1个从火星上取样返回的国家，当然目前方案正在论证阶段。这事儿没有那么快，是不是能够按期发射，按期返回，这还不好说呢。不过我相信，应该比美国人要早。

说起外星取样返回这档子事儿呢，咱们国家的经验还是比较丰富的，因为嫦娥5号嫦娥6号就曾经从月球上取样返回。在这方面美国人反倒没有相关的经验，因为上次他们从月球上扛回400多公斤石头，是靠人上去扛回来的。