近日，天問一號探測器發回了在火星着陸區的第一張高清“自拍”，火星表面看來一片荒涼。那麼，是什麼吸引我們去探索這些荒涼星球？月球是地球唯一的天然衛星，是人類登陸過的第一個地外星球。紅色的火星，位於太陽系的宜居帶，與地球很像，前後也有數十個航天器探索過。
天問一號任務着陸區域高分影像圖：着陸平台、火星車及周邊情況清晰可見
天問一號傳回的火星着陸區域高清圖。左圖為著陸前，右圖為著陸后，可以看到天問一號的着陸平台和“祝融號”火星車。|國家航天局
我們為什麼要探測月球和火星？50多年前美國登月是真的嗎？今天人類的探月和探火計劃進展到了哪一步？以目前的證據，火星上有生命么？我們能改造火星讓它更宜居嗎？
在4月27日的科普中國-未來耀科學“空間探索”特別直播中，國家空間科學中心的研究員劉勇、孔令高和周炳紅，為我們揭開了地球這兩位“近鄰”的神秘面紗。
為什麼要探測荒涼月球？
地球有大氣層和磁場，保護我們人類安全生活在上面，月球大氣則非常稀薄、接近真空，磁場更是不到地球的百分之一，非常微弱。這使得月球難以阻擋小天體撞擊，也不能屏蔽宇宙輻射，表面一片荒涼，並不適合人類生存。那麼，人類為何對探月如此神往呢？
孔令高介紹，人類可以通過肉眼觀察到月亮陰晴圓缺的變化，這自然而然會激發人的好奇心，驅使我們去探索月球。
另一個重要因素是，地球人口急劇增長，人類要想可持續發展，就需要將活動範圍向外擴展，所以就想去月球上看有沒有可利用的資源。比如，氦-3是一種非常清潔高效的核聚變燃料，100噸的氦-3發電，可以供地球使用一年；月球由於沒有大氣層和磁場保護，太陽風可以直接打到月球表面，使氦-3在月壤和礦石中富集，儲量目前估算有一百萬噸左右。
周炳紅介紹，我們探測月球還有一個原因，那就是月球比地球小很多，表面的重力只有地球的1/6左右，從月面起飛比較容易。因此，月球可以作為人類未來探索深空的中轉站。
月球雖然荒涼，卻蘊藏有豐富的資源，還可以作為探測深空的中轉站。|SETI.org
人類探月進展到了哪一步？
月球距離我們如此之近，但迄今為止，登上月球的只有12名美國宇航員，有人甚至對此表示懷疑。美國登月是真的嗎？人類探月如今進展到了哪一步？
周炳紅認為，從系統工程的角度來看，美國登月是真是假，或許不是特別重要。更重要的是，美國當時為了登月，發展了龐大的月球探測計劃——阿波羅計劃，進行了繞月飛行等一系列試驗，就像今天我們的嫦娥工程一樣。另外，後來有證據表明，月球上有宇航員的腳印、排泄物，由於沒有地球上的風化作用，這些痕迹還在那兒。
劉勇介紹，美國在登月之前其實做了大量的準備工作。比如，先驅者計劃為了探測月球，接連很多次都以失敗告終。一個計劃失敗這麼多次，花了這麼多錢，從大的層面來說，它應該是真的。在航天上人們經常講，失敗其實是差一點點成功，成功其實是差一點點就失敗，這個探索的過程很重要。
1969年，人類第一次踏上月球。左圖為阿波羅11號宇航宇阿姆斯特朗拍攝的奧爾德林。右圖為阿波羅15號宇航員在使用月球車。
月球是我們探索宇宙深空，走向星辰大海的前哨站，我們什麼時候才能建立月球基地呢？
周炳紅介紹，探月工程分幾步，首先是掌握一些關鍵技術，例如採樣返回技術，確定要去哪兒去尋找資源、找水；現在目標也很明確，各個國家都聚焦在月球南極找水。第二步是建立月球科研站，驗證這些關鍵技術，為建設月球基地作準備。第三步就是建設月球基地了。所有大工程都會有一個從不成熟到成熟的過程，按照這個脈絡，我們大概需要十年時間完成前兩個步驟。
為什麼要探測火星？
在太陽系的行星中，金星距離地球更近，我們為什麼不去探索金星，而對火星情有獨鍾？
孔令高介紹，人類探索火星，很重要的原因是，火星和地球很像，自轉周期與地球接近，大概是24小時，也有白天黑夜，和四季交替。有說法認為，火星上可能存在生命，甚至地球上的生命可能來自火星。
例如，有研究發現，地球產生生命的時期，環境其實非常惡劣，不斷有小行星撞擊，到處都是火山熔岩，溫度非常高，反而那個時候的火星，氣候溫暖濕潤，有大量江河湖泊，特別適合孕育生命。所以人們據此推測，有可能生命是在火星上誕生，然後有小天體撞擊火星，撞出的碎片攜帶着生命物質，經過漫長的旅途，把生命的種子帶到了地球。
火星表面遍布赤鐵礦，在夜空中呈現橙紅色。它和地球有着相近的自轉周期，和相似的四季交替。|Earth： NASA/Apollo 17 crew； Mars： ESA/MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA
至於為什麼不去探測金星，劉勇介紹，金星離地球更近，但金星表面有濃密的大氣，主要都是二氧化碳，這些溫室氣體使金星表面溫度高達400多度，再加上大氣壓，可以想象那就是一個高壓鍋。蘇聯曾向金星發射過一個探測器，着陸后不到一分鐘就掛了，可見金星環境非常惡劣。
金星表面有着極端的氣候環境。（藝術構想圖）|NASA
周炳紅則從航天技術角度，比較了探測月球、火星和金星的難度差異。他介紹，從飛行難度上看，去金星比火星和月球難得多，因為金星離太陽更近，去那兒需要的火箭速度增量其實要更高。相對而言，去火星和月球在火箭飛行方面難度其實差不多，只不過月球距離地球大約40萬公里，火星最近大約5500萬公里、最遠大概4億公里，去火星要飛行更長時間，比如天問一號用了大半年時間，飛行4.5億公里，才到達火星。
但是，在火星表面着陸和起飛要比月球上難很多。這是因為，月球比火星小很多，引力也小，因此在月球表面剎車很容易，在火星剎車更難；同樣地，要擺脫引力束縛，從火星上起飛也更難，需要的火箭更大，所以人類至今還沒有從火星上取一塊樣品回來。現在，美國和歐洲有一個計劃要從火星取樣，需要先發射一個火箭收集火星樣品，然後用另一個火箭把樣品送到火星軌道上，接着再用一個火箭把樣品從火星軌道返回地球，像接力一樣來完成。
火星上有生命嗎？
直到現在，並沒有明確證據表明，火星上有生命。可是，我們要探測到什麼，才算在火星上找到生命物質呢？
孔令高認為，如果探測到有機大分子，那肯定表明火星上存在生命，但是目前還沒有看到。另外，科學家觀測到火星上甲烷濃度的變化，我們知道，很多生命活動都與甲烷息息相關，比如消化過程、生物腐爛、古菌活動，都會產生甲烷氣體，所以這也可能是生命存在的一個證據。
周炳紅介紹，火星探測的主題正在逐漸演化，從最初的尋找生命，轉變到研究火星上的環境是否適宜生命存在，或者在歷史上是否曾經適宜生命存在，還有就是，有沒有可能改造火星讓它變得更宜居。
人們設想將紅色火星改造成藍色地球，使之成為未來人類的第二個家園。| Daein Ballard
對於火星上的環境，我們目前知道，火星上確實有水，主要以水冰的形式存在，也有部分以液態形式存在，這些是滷水，也就是鹽分很高的水。關於火星上水的起源有兩種假說：一種認為，火星上本來就有水，是火星上的氫和氧通過化學反應產生的水；還有一種認為，是外來小天體撞擊帶來了水。
從這個層面來說，火星因為有水，有大氣和磁場，不容易受到小行星撞擊和空間粒子輻射，相對於月球，在火星上建立科考站也有獨特優勢。
火星的南北兩極覆蓋有冰蓋，由乾冰和水冰混合而成。左圖為夏天的火星北極，右圖為火星南極。|NASA/JPL/MSSS
普通人何時能上天？
星辰大海，心之所向。我們普通人什麼時候才能飛向太空，甚至來一趟月球旅行呢？
周炳紅介紹，普通人要上天，目前主要有三大困擾。第一是人心理上可能感到孤獨。第二是人類是否可以適應微重力環境，因為在太空中引力很弱，人會飄起來。現在看來這一點對健康人來說也不是很困難，之前霍金都坐過失重飛機，飛機進行拋物線飛行，關掉發動機後進入微重力狀態，持續幾分鐘時間。
第三個涉及到火箭技術。因為太空旅行往往需要多級火箭，多級火箭會有前箭耦合振動的問題，特別是發生低頻振動甚至幾赫茲的振動時，人體的內臟器官會跟着一起共振，這不僅對火箭是壞事，人坐在裡面也會感覺十分難受。之前楊利偉上天時就遇到過這個問題，但是有了那次的經驗，後來我們國家就很好地解決了這個問題。
結語
自從上世紀七十年代，阿波羅計劃之後，人類就再也沒有登上月球。但如今隨着航天技術、空間探測技術蓬勃發展，回到月球，或許並不遙遠。甚至在未來，月球和火星這兩顆瑰麗的星球上，可能會有人類的地外基地，支撐我們飛向宇宙更深處。
人類回到月球，或許並不遙遠。|therift