火星：你過來啊！_風聞

2020年7月23日

海南文昌航天發射場

怒火直衝雲霄

光芒劃破長空

長征五號運載火箭

搭載着一位特殊的“探險家”

衝出地球

中國

向火星進發

（文昌航天發射場天問1號起飛畫面，由攝影師現場傳送，攝影師@陳肖）

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200多個地球日後

這位來自中國的“火星探險家”

天問1號

將一口氣完成

環繞火星、着陸火星、巡視火星

三大任務

中國人跨越兩千多年的天問

終於有機會找到答案

（天問1號在火星想象圖，“天問”系列名稱取自屈原所作長詩《天問》，圖片源自@央視新聞）

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此外

在最近的半個月裏

相繼啓航奔赴火星的

還有阿聯酋的希望號

美國的毅力號

（2020年火星“艦隊”，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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如果任務全部成功

成功登陸火星的地球機器人

將達到10個

從第一位機器人登陸火星地表

至今已近

50年

只不過

這些機器人有的已經粉身碎骨

有的則深陷沙地，絕望求生

有的雖已飽經風霜，但仍在“堅持戰鬥”

即便如此

它們仍是現今人類在所有地外行星上

最強大的“機器人軍團”

（請橫屏觀看，火星着陸器和火星車分佈圖，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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如果再加上數量眾多的

環繞火星飛行的探測器

火星已是“人聲鼎沸”

（歷史上成功的火星環繞器，如果加上環繞失敗和掠飛的案例，數量多達37個，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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如此多的機器人

前仆後繼、集聚火星

它們是在籌劃一件大事嗎？

01

遙望火星

在肉眼觀星的時代

地球的夜空中總會有一顆星星

呈現出比周圍星辰更加顯著的紅色

中國古人稱其“熒熒如火”

這便是火星

（中間偏左下的紅色亮星為火星，中間偏右上的藍色亮星為織女星，攝影師@戴建峯）

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火星的目視亮度

經常發生變化、忽明忽暗

更為詭異的是

它還會在夜空中突然逆行（Retrograde）

令人難以捉摸

火星也因此得名**“熒惑”**

如果逆行發生在心宿（天蠍座）

占星術士們稱之為“熒惑守心”

意味着皇帝駕崩或者宰相失位

為大凶之兆

（2018年4月-11月發生的火星逆行軌跡，攝影師@Tunc Tezel）

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當天文學步入哥白尼時代

人們逐漸瞭解太陽系的組成

火星原來是離太陽第四近的行星

位於地球與木星之間

（火星在太陽系中的位置示意圖，行星間相對距離有所調整，標註@鄭伯容/星球研究所）

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到了望遠鏡時代

1877年

意大利天文學家

斯基亞帕雷利（Giovanni Schiaparelli）

發現火星地表有許多線條狀的地貌

他稱這些線條為“溝渠”

但是狂熱的大眾更願意相信

這些線條正是外星智慧生命開鑿出的運河

延續100餘年的“火星人”幻想

就此拉開帷幕

（1996年蒂姆·波頓執導的電影《火星人玩轉地球》劇照）

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而到了航天時代

從1960年起

人類的探測器

開始在數千或上萬千米處

抵近觀察

一個更加真實的火星

展現在世人面前

它擁有太陽系最大最長的峽谷之一

水手峽谷（Valles Marineris）

長約4000千米，深達7千米

橫跨大半個火星

如同被上帝之劍砍削而成

（由美國的海盜1號拍攝的水手峽谷，圖片顏色有作處理，圖片源自@NASA）

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它擁有太陽系最高的山峯

奧林帕斯火山（Olympus Mons）

高度超過2萬米

是珠峯海拔的2.5倍

（奧林帕斯火山，由火星環球勘測者號測繪的假色地形圖，火星沒有海拔的概念，山峯高度根據人為設定的基準面計算，圖片源自@NASA）

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更令人興奮的是

它還擁有寬闊蜿蜒的河牀

流水曾在此奔騰而去

（歐空局火星快車號拍攝的赫伯斯峽谷Hebes Chasm，這裏被認為是流水侵蝕而成，圖片源自@ESA/DLR/FU）

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這意味着

看似荒蕪的火星

曾經有過濕潤的時光

人們禁不住好奇

這些水流是否也曾經孕育出

欣欣向榮的生命？

（海盜1號拍攝的形似人臉的火星丘陵，曾被誤傳為火星人的形象，實際是光影造成的錯視，圖片源自@NASA）

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一塊在地球上偶然發現的火星隕石

更是將人們對於火星生命的幻想

推向了高潮

這塊隕石上

類似細菌的棒狀結構

極有可能是36億年前

火星上的生命遺存

（ALH84001隕石上的結構，被懷疑是微生物活動形成，圖片源自@NASA）

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與地球極為相似的火星

直徑約為地球的一半

自轉軸傾角、自轉週期也與地球相當

差不多的日長、規律的四季交替

不由得讓人們遐想

如果太陽系存在地外生命

火星極有可能是其中之一

（地球與火星大小比較，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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但是

想要發現火星生命

僅僅在地球上大海撈針撿拾隕石

或者遠遠地圍繞着火星拍照

都是不夠的

我們必須拿到最直接的證據

最好的辦法就是

登陸火星

02

出發，火星

1969年7月20日

宇航員阿姆斯特朗邁出了他的一小步

人類僅僅用了4天時間

便從地球登上了約40萬千米外的月球

（人類第一次登上月球留下的腳印，圖片源自@NASA）

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然而火星遠比月球更加遙遠

最近端相距約5600萬千米

是地月距離的140倍

最遠端更是高達4億千米

是地月距離的1000倍

如此巨大的距離變化

造成地球夜空中火星亮度差異顯著

距離近則又大又亮

距離遠則又小又暗

（地球、火星公轉與距離關係示意，以及火星觀測大小變化示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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同樣也是因為這種距離變化

會讓火星“看起來”突然逆行

（太陽系其它行星也會產生逆行，火星的逆行最明顯，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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在實際航行中

人類還沒有任何一個推進系統

可以強大到直接沿着

火星與地球的最短距離行駛

我們必須沿着一條橢圓形的軌道

藉助地球的公轉速度

以最少的燃料損耗

將飛船“甩”到火星

這便是著名的霍曼轉移軌道

（霍曼轉移軌道，由德國數學家沃爾特·霍曼發現並命名；地球到火星的轉移軌道每隔約27個月才有1-2個月的發射窗口期，今年恰好是7-8月，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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而通過霍曼轉移軌道去往火星

僅單程最少需要約

7個月

這可比登月的4天長太多了

以20世紀人類尚顯稚嫩的航天技術

蘇聯和美國都不約而同地選擇了

機器人

1971年5月19日、28日

蘇聯接連發射兩艘去往火星的探測器

火星2號（Mars 2）、火星3號（Mars 3）****

分別攜帶着陸器

（火星3號探測器，上方為着陸器，圖片源自@NASA）

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以及兩輛只有4.5千克的機器人

Prop-M火星車

如果着陸成功

它將成為漫遊火星的第一“人”

（Prop-M火星車的雙腿由兩個滑板構成，可以通過無線電信號遠程操控，正前方的金屬條可以探測障礙物，圖片源自@NASA）

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1971年11月27日

在經歷半年多的星際航行後

火星2號成功進入火星軌道

但不幸的是

此時的火星上

一場行星級的沙塵暴正在肆虐

風速高達26米/秒

火星2號着陸器以每秒6千米的速度

一頭扎入風暴中

它是第一個到達火星地表的人造物

雖然是以粉身碎骨的方式

（2001年一場全球性的火星沙塵暴前後對比，整個星球都被蒙上一層“沙霧”，由哈勃望遠鏡拍攝，圖片源自@NASA）

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火星3號的情況也不樂觀

1971年12月2日

它成功在火星實現軟着陸

十幾秒後

沙塵暴便摧毀了它的通訊系統

從此與地球失去聯繫

任務失敗

然而就在這十幾秒中

它向地球傳回了來自火星地表的第一張照片

照片中似乎是火星的地表與天空

但沒有任何東西可以清楚辨認

（圖片源自@Soviet Academy of Sciences）

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人類早期登陸火星地表的任務

幾乎全軍覆沒

但失敗的陰霾

並沒有澆滅

科學家對於火星的熱情

反而激勵着、鼓舞着他們

攻克一個又一個科學難題

1975年8月20日、9月9日

美國的兩艘探測器

海盜1號（Viking 1）、海盜2號（Viking 2）

滿載着各種儀器

向火星再次進發

（海盜號探測器，上方為着陸器，圖片源自@NASA）

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10個月後

海盜1號着陸器開始進入火星大氣層

地球上的NASA噴氣推進實驗室裏一片焦灼

沒有人知道它的命運如何

20多分鐘後

一張高清照片被傳至科學家面前

海盜1號“惡作劇”般地對着自己的腳墊區域

來了一張局部“自拍”

自拍顯示它已經安全抵達

且成像系統工作良好

（原圖為寬幅照片，下圖有做裁剪，圖片源自@NASA）

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隨後

越來越多的圖像數據以光速飛向地球

伴隨着地球人的興奮、喜悦、驚訝

火星地表的真實面貌被展現出來

這是一個空曠、貧瘠、亂石遍佈的世界

富含鐵元素的土壤

因為氧化而顯得一片橙紅

連天空也被浮塵渲染

這就是地球人仰望了成千上萬年的紅色星球

火星

（海盜1號拍攝的火星地表的第一張彩色照片，圖片源自@NASA）

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海盜1號着陸之後

便開始分析火星的土壤

竟然真的檢測到了

疑似生命活動的跡象！

但隨後的分析又表明

火星土壤中並沒有任何有機物

矛盾

太矛盾了

（海盜1號採樣後在土壤中留下的溝槽，圖片源自@NASA）

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與此同時

已安全着陸的海盜2號

也得到了同樣的矛盾結果

對火星生命的勘察陷入困局

（海盜2號工作的烏托邦平原Utopia Planitia，圖片源自@NASA）

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之後海盜1號、2號着陸器

則繼續其他方面的研究

直到1980年4月11日

2號着陸器因電池故障失聯

1982年11月13日

一次軟件更新錯誤

讓1號着陸器也陷入了沉寂

彼時的它已經工作超過六年

在很長一段時間內

它都是火星地表存活最久的機器人

這一紀錄直到約30年後

才被一位新的巡遊者打破

（海盜1號着陸器拍攝的火星日落，圖片源自@NASA/Roe van der Hoorn）

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03

火星巡遊

1997年7月4日

一艘全新的探測器登陸火星

火星探路者號（MESUR Pathfinder）

這是一次新技術的全面預演

大型安全氣囊被應用於着陸過程

（之後勇氣號與機遇號也採用了相同的着陸方式，影片《Roving Mars》模擬了全過程，以下同）

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氣囊以14米/秒的速度撞擊火星地表

第一次反彈高達15.7米

持續彈跳至少15次

（圖片源自@《Roving Mars》）

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當彈跳停止

安全氣囊排出氣體

（圖片源自@《Roving Mars》）

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再像蓮花瓣一樣打開

着陸器躍然而出

整個過程在數分鐘內一氣呵成

完美

（圖片源自@《Roving Mars》）

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人類的火星車機器人

也在此次登陸中首次成功釋放

旅居者號（Sojourner）

擁有自主式導航系統的它

能靈活爬過岩石

相比於之前固定不動的着陸器

它更像是一個活蹦亂跳的“地質學家”

可以四處漫遊尋找有價值的圓卵石和礫岩

後兩者都與水源密切相關

（正在勘測岩石的旅居者號，圖片源自@NASA）

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探路者號着陸器工作了83個火星日

之後通訊中斷

旅居者號火星車也失去聯繫

如果它沒有損壞

想必還在執行人類提前預設的巡遊任務

東看西逛

（由探路者號拍攝，旅居者號正在勘測岩石，圖片源自@NASA）

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旅居者號火星車的成功

為更強更大的火星車鋪平了道路

2004年1月3日、25日

人類的火星探測史上

最著名的機器人雙雄出場了

勇氣號（Spirit）、機遇號（Opportunity）

在大型安全氣囊的保護下

相繼成功登陸火星

（模擬圖，圖片源自@《Roving Mars》）

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這是兩部雙胞胎火星車

每輛重達180千克

高1.5米、長1.6米、寬2.3米

攜帶全景相機、導航相機

以及用於分析岩石、土壤的各種儀器

依靠太陽能電力

火星車可以每小時180米的速度行駛

（勇氣號/機遇號在火星上的想象圖，圖片源自@NASA）

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2004年3月

科學家宣佈

機遇號在岩石中

發現液態水存在的證據

數天後

勇氣號發現了鹽層

極有可能是一條古湖岸線的遺蹟

（火星上的著名岩石阿迪朗達克Adirondack，勇氣號的研究對象之一，圖片源自@NASA）

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兩輛火星車的設計任務時間

都只有90個火星日

而實際上

它們的工作時長超過6年

它們曾拍攝下

遼闊的火星地表全景

（請橫屏觀看，機遇號拍攝的火星毅力谷Perseverance Valley全景，最右側可見火星車的車跡，圖片源自@NASA）

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也曾沐浴

太陽的温暖

（火星着陸器在火星上想象圖，火星上的平均温度在-60°C左右，圖片源自@NASA/James Gitlin）

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也曾目睹

火星“月亮”的升落交替

（勇氣號拍攝的火星衞星運動，左為火衞二，右為火衞一，圖片源自@NASA）

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也曾回望

遙遠的地球

（勇氣號拍攝的火星星空中的地球，這是從月球以外的行星表面拍攝的第一幅地球圖像，圖片源自@NASA）

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很快

它們便迎來了新的夥伴

2008年5月25日

鳳凰號着陸器（Phoenix）登陸火星

並接連發現水冰、火星降雪

（鳳凰號着陸過程最後一步的想象圖，當着陸器距離地面570米時，反推發動機啓動，避免與地面相撞，圖片源自@NASA）

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2012年8月5日

歷史上耗資最貴的火星探測項目

火星科學實驗室（Mars Science Laboratory）

將一輛巨大的火星車

好奇號（Curiosity）

送上了火星

（三代火星車大小比較，左為勇氣號/機遇號，下為旅居者號，右為好奇號，圖片源自@NASA）

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因為體型過大

安全氣囊無法承載

好奇號的着陸方式再次革新

一架天空起重機（Sky Crane Maneuver）

將它懸吊起來、緩緩下降

（模擬圖，圖片源自@NASA）

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好奇號甫一落地

夾鉗即剪斷繫繩

天空起重機隨即飛走

（模擬圖，圖片源自@NASA）

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現在

遼闊的火星荒原

都交給了人類蓬勃跳動的好奇心

（圖片源自@NASA）

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它不需要食物

不需要水

也從不感到孤單

甚至非常善於自拍

（好奇號自拍照，有意思的是，NASA在發佈這張照片時把它的“自拍杆”變沒了，圖片源自@NASA）

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2013年9月26日

好奇號發現火星土壤中的水分高達1.5-3%

完全可以滿足未來人類移民的需要

2014年12月16日

NASA宣佈好奇號在火星岩石中

發現了有機物

這些都讓許多人相信

我們正在接近火星生命的真相

（好奇號在岩石上取樣後留下的洞，圖片源自@NASA）

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正當人類一步步揭開

火星生命神秘面紗的同時

火星上的機器人軍團

卻在逐漸“老”去

2009年5月

奔波了5年多的勇氣號

深陷沙地、無法移動

但它仍然通過對車輪攪出的泥土進行分析

再次發現火星上曾存在水的證據

2010年3月

勇氣號用盡了最後的勇氣

頑強地走過了一生的最後旅程

（勇氣號陷入沙地的想象圖，圖片源自@《Death of a Mars Rover》）

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它的雙胞胎兄弟機遇號

卻格外走運

一場風暴恰好吹淨了

太陽能電池板上沾滿的塵土

它煥然一新、電力充沛

繼續下深坑、爬高山、越沙丘、穿平原

四處敲敲打打

（被塵土覆蓋的勇氣號太陽能電池板，機遇號的情況類似，圖片源自@NASA）

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從少年英姿到老驥伏櫪

好運一直伴隨着機遇號

截至2018年5月8日

它的行駛總里程已達45.16千米

創造了地球外無人探測車的最長移動里程

正當人們對機遇號

抱有更大的期待時

機遇號卻意外失聯了

2018年7月

“地球呼叫機遇號，聽到請回答！”

2018年10月

“地球呼叫機遇號，聽到請回答？”

2019年2月

“地球呼叫機遇號，聽到請回答…”

好運這次沒能眷顧機遇號

在火星上“存活”了14年的它

容顏被風沙掩埋

身軀在異星消散

（機遇號火星“馬拉松”旅程示意圖，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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就這樣

人類的火星探索

從美蘇爭霸到美國獨領風騷

再到歐空局、俄羅斯以及印度

一一加入

當時間來到2020年

終於

該輪到中國

開啓自主探索火星的旅程了

04

中國來了

近50年的火星地表勘測

成功完成任務的機器人僅僅只有8位

巧合的是

它們都來自美國

都使用着英文問候這片土地

而在2021年

火星上的機器人軍團

將迎來一個會説中文的新夥伴

天問1號

（天問1號着陸器與火星車分離動畫想象圖，圖片來源@央視新聞）

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但想要用中文向火星問好

又談何容易

美國與蘇聯經過無數次的嘗試

從掠飛到環繞

從着陸到巡視

一步一步才踏上火星

耗時36年

（1960-1996年期間發射的火星探測器失敗合集，雖然其中有成功的案例，但直到火星探路者登陸火星，才開啓了火星的巡遊時代，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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中國的首次自主火星探測

更是要通過一次發射

實現環繞、着陸、巡視三大目標

美蘇用了36年摸索出的道路

中國要一步走完

如若成功，世界首次

看似天方夜譚的目標背後

是中國航天幾十年的辛勤耕耘

從火箭運載能力的提升

到探月工程的經驗積累

從遍佈全球的測控網絡

到3000多個日夜反覆驗證

讓這看似不可能完成的任務

都多增添一份可能

（位於北京密雲的國家天文台射電觀測站，負責航天任務進行實時觀測，攝影師@李睿）

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此外

天問1號的設計師還精心設計了

地-空結合的立體探測模式

即太空一個環繞器

地表一個火星車

相互結合、互相驗證

對火星的磁場、電離層、大氣層

地形地貌、地下結構

實現全方位的立體化探測

（天問1號地-空立體探測地下含水層原理示意圖，製圖@王申雯/星球研究所）

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兩千多年前

我國著名大詩人屈原

抬頭仰望滿天繁星

不由得發出了疑問

“這天上的星星到底是怎麼排列的？”

這便是《天問》詩篇裏的

列星安陳？

這跨越了兩千多年的天問

今天的我們

終於有能力去火星

尋找第一個答案

明年

我們想要聽到

那句熟悉的、安心的、有力的

從那遙遠火星傳來的

“我已着陸，狀態良好”

預祝天問1號

取得圓滿成功！

創作團隊

編輯：黃超

圖片：林子軒&餘寬

設計：鄭伯容&王申雯

審校：雲舞空城&王哈勃

封面素材來源：央視新聞&NASA

【主要參考文獻】

[1]耿言,周繼時,李莎,付中梁,孟林智,劉建軍,王海鵬.我國首次火星探測任務[J].深空探測學報, 2018,5(05):399-405

[2]李春來,劉建軍,耿言,曹晉濱,張鐵龍,方廣有,楊建峯,舒嶸,鄒永廖,林楊挺,歐陽自遠.中國首次火星探測任務科學目標與有效載荷配置[J].深空探測學報,2018,5(05):406-413.

[3]歐陽自遠,肖福根.火星探測的主要科學問題[J].航天器環境工程,2011,28(03):205-217.

[4]（美）羅伯特·卓比林等著；陽曦，徐藴雲譯. 趕往火星 紅色星球定居計劃[M]. 北京：科學出版社, 2018.06.

[5]（法）弗朗西斯·羅卡爾，（美）阿爾弗雷德·麥克伊文，（法）沙維葉·巴萊爾編著. 火星[M]. 北京：北京美術攝影出版社, 2017.05.