魏勇：穿越時空遇見火星_風聞

藍色地球，紅色火星，孿生又殊途。穿越時空阻隔，遇見火星，方知何為地球。深空探測看當代，行星科學靠未來。

我是研究火星的，今天講一個關於天問一號的故事。

我們先看一張照片，這是中國自己設計的探測器，第一次在另外一個行星上發回來的行星的照片，具有非常偉大的歷史意義。我覺得每一箇中國人看到這張照片，都應該感到自豪，我作為一個研究行星科學的，看到這張照片的感受是：這個照片太酷了。

我們來想一想，手機、互聯網、電腦，這些東西徹底地改變了我們的生活。但是大家有沒有想過，這些東西給我們的感受是從羣居變成了獨居。因為我們人類從靈長類動物演化而來，我們看所有的靈長類動物，甚至絕大多數的動物都是羣居的，羣居有利於它們的生存。但是這些發明，居然令我們變得獨居了，這個事情是很奇怪的。

我們人類為什麼會發明這些東西？我們人類一旦要發明一個東西，通常是有一些需求，比如説：我們人類想跑得更快一點，我們就發明一個自行車；還想跑得更快，我就發明汽車；我還想更快，我就發明飛機；這中間是有一種需求在驅動，但是我們人類什麼時候需要去發明手機，互聯網，還有電腦，這些東西呢？答案是為了深空探測而設計的。

深空探測，可以説是我們整個20世紀，人類幹過的最酷的事。

1969年美國人登上了月球，他們開了輛月球車，甚至在月球上飆車， 帶回來382公斤的月壤，很酷。

1986年的時候，蘇聯、日本和德國組成了一個聯合艦隊，成功穿越了哈雷彗星。哈雷彗星每隔七十六年迴歸一次，1986年的時候迴歸。

哈雷彗星它是一個什麼東西呢？它是一個大約直徑十幾公里的大石頭，大概相當於北京的三環以內的區域那麼大。你要在茫茫的太空中，去探測這樣一個東西，是非常困難的，但當時五個探測器就做到了。

我們中國的彗星探測什麼時候要進行呢？將於2024年發射，2035年飛到。這是一件非常酷的事，可惜當年沒有電視直播，我們誰都沒趕上，很遺憾。

不過現在機會來了，我們將見證另外一件非常酷的事，由中國、美國和阿聯酋共同組建了一個火星艦隊，它們馬上就要飛到火星上去，我們將有幸親眼見證，這麼一個偉大的時刻，偉大的事件。

這是我們的天問一號，它有一個環繞器，還有一個火星車或者叫做巡視器，能夠對火星進行天上和地下聯合全方位的探測。那麼問題來了，天問一號要探什麼呢？

時間倒回到2010年的8月份，這張照片是我們一次開會的間歇拍下來的，最右邊看着鏡頭的就是我，當年我29歲，研究生剛畢業兩年，當時還在做博士後。我要研究火星的水為什麼會消失掉，但是並沒有想到我所研究的內容，將來會成為國家戰略的重要組成部分。而我旁邊這位是我的老師，他叫萬衞星，當年他52歲，他心裏面在考慮的是中國的行星探測將來要探什麼。

這是2010年我們當時開會的場景，第二次金星探測會議，因為當時我們接到國家給的任務，要研討一下中國的行星探測探什麼，不光是有火星，還有金星，還有其他的行星。雖然第二次的“二”下面坐的是我，但我並不是主角，當時我只是一個博士後，真正的主角在最左邊穿藍衣服的，我的導師萬衞星，他就是後來的天問一號的首席科學家。

他當時給我們提出來一個研討的方案：人類的深空探測已經探了這麼多年，我們知道什麼呢？我們還不知道什麼？我們中國人在這方面將來要探什麼？我們要有一個定位，深空探測、行星探測、它不是一個國家的事，它是全人類的事，我們先搞清楚，別的國家探明白什麼了，然後再去定我們中國人要探什麼。

從2010年一直到現在，十來年的功夫，我們一直都是在緊密地關注國外的深空探測，關注國外的行星科學的成果，去準確地把握行星知識的最前沿，就能知曉下一步中國人應該在哪一個方面做貢獻。

在過去大約六十年裏，基本上人類的探測器已經探遍了太陽系的所有的行星，還包括一些彗星、小行星、還有一些木星和土星的衞星等等。這麼多探測器發出去，我們可以看到，每一個圓環上面有很多同心圓，每一條線都是代表着一次探測計劃。我們看到探的最多的是月球，其次就是火星和金星，我們現在有一個什麼樣的結論呢？

這是我們所有的着陸器着陸到其它天體上拍攝的照片，這些全都是真實的照片，目前我們就只着陸過這麼多天體。

我們從最左邊開始看，第一個是金星，金星的地表400多攝氏度的高温，92個大氣壓，這是一個標準的地獄；第二個是地球，我們的家園；第三個是月球，我們看到一片荒涼貧瘠；再接下來三個是小行星，除了亂石，別的我們也什麼都看不到；倒數第三個是火星，我們熟悉的這種很荒涼的景象；倒數第二個是一顆彗星，彗星的地表，大家可以看到它其實就是一塊石頭，如果不接近太陽是不會噴發的，沒有那麼美麗的尾巴；最後土衞六，曾經被我們寄予厚望，覺得我們一定可以在上面找到生命，隨着探測的越來越深入，希望變得越來越小，但是科學家們並沒有放棄，我們希望能有更多的探測器，去加入到探測的行列。

那麼問題就來了，我們看到的行星是這樣，它們是不是本來就是這樣？太陽系是在四十六億年前形成的，太陽和所有的行星同期形成，到現在我們看到它們不同的樣子。那在四十六億年前本身就是這樣，還是説後來它逐漸地變成這樣呢？

我們探測最多的是火星，我們看到了什麼呢？這個學名叫做沖積扇，在地球上有很多，是由於河流沖刷所形成的特殊的地貌。好奇號火星車，跑到這些看起來像遠古河道的地方，發現了什麼呢？如果這張照片，我不説它是火星，可能你還以為是地球。

我們知道在地球上，只有河流沖刷，就能形成鵝卵石，所以這個火星上的鵝卵石應該就是在四十多億年前，由於河流沖刷所形成的，這是目前科學界給的一個比較公認的結論。

今天我們看到，火星是不毛之地，很貧瘠、很荒蕪。但是種種的科學證據告訴我們，在四十二億年前，它跟地球是非常相像的，它也有過河流，有過海洋，只不過是後來逐漸地變成了今天這個樣子。經過四十多億年火星乾涸了，地球為什麼沒有乾涸？再過四十多億年，地球會不會走上火星的老路，也會變成乾涸的呢？地球是不是也會變成火星這個樣子，從此再無生命？所以地球的未來是不是今天我們看到火星的樣子，這就是我們要研究的一個問題。基於這個目的，在過去十年裏面，我們做了很多的佈局，我們要從火星入手，對行星進行研究。

我們有三個地方可以研究火星：

第一個離我們最近的、每個人都可以去的柴達木盆地。柴達木盆地在青海省，它的地貌是跟火星的古湖泊盆地非常的相似，乾旱、低温、高鹽、高輻射，已經是被公認為典型的地球、火星類比的研究基地之一。

這張照片是我用手機拍攝於去年的八月份，從青海的賽什騰山，海拔4300米拍攝的。這是十二月份，雖然大雪已經封山，但是你可以看到一個非常巨大的變化，在青海省政府的支持下，我們把整個山頭削平了，修上了路，在上面建起了中國第一座行星望遠鏡。

目前已經即將竣工，將會對天問一號，開展聯合的觀測。這個望遠鏡也可以説不是我們中國人的自己的事，它是整個國際行星科學界的事。在2018年的時候，我們就在《Nature Astronomy》上發了一篇文章，介紹中國的行星探測計劃，未來十年，二十年，我們都有什麼樣的計劃。我們就介紹了這個望遠鏡，它不僅可以探測火星，還可以探測木星，因為中國特殊的地貌，所以在中國建設這個望遠鏡，可以跟歐洲的望遠鏡聯合觀測，形成24小時不間斷的觀測，會對世界的行星科學界，有關火星和木星的研究，起到一個非常大的促進的作用，可以説這個望遠鏡是國際行星科學界都是非常期待的事情。

第二個我們可以研究的地方叫做臨近空間。臨近空間是指大約距離地面20~100公里的區域，它的環境參數比青海省是更加接近火星，缺氧、低温、高UV輻射、強宇宙射線、還有低重力。我們最高的跳傘記錄就是從這個區域誕生的，最高紀錄大概是41000米，是谷歌的副總裁創造的。我們可以看到他跳傘時穿了宇航服，因為在這個地方有很強的宇宙射線輻射，如果不穿宇航服，很可能對身體有致命的傷害。要到達這個高度飛機是不行的，普通的民航飛機通常最高飛到12000米，而這個地方比較核心的區域是3~4萬米之間，只有一種工具比較適合就是氣球。

這個氣球裏面充的是氦氣，我們中國科學院成立了一個先導專項，叫做“鴻鵠專項”，我本人是擔任這個專項的首席科學家。我們整個專項最核心的科學目標，就是要利用氣球，利用浮空器，浮空平台，來研究行星科學。

下面可以看一下我們做實驗的場景，這個氣球在起飛的時候它是癟的，上面會攜帶一個載荷艙，我們的科學儀器都在這個黑色的載荷艙裏面保存着。你可以看到這個氣球目前還不是飽的，這是因為靠近地面氣壓比較高，越往上氣壓越低，它就會膨脹，到達平飛高度，也就是30公里以上，載荷儀器就可以開始工作了，這個階段氣球就變得脹滿了，變成很圓的。當實驗結束之後，它就會啓動一個切割器，把氣球拋棄掉，啓動降落傘，然後讓科學載荷能夠安全地到達地面，重複利用，因為載荷科學儀器也都是比較昂貴的。

第三個我們一直在佈局做的，就是我們要充分地利用歷史上的，其他國家火星探測所產生的科學數據，來進行一個綜合性的研究。大家可以看到，曾經有過幾十次的探測，當然美國貢獻的是最多的，其次還有蘇聯、日本、法國等等，除了飛行器，還有火星車。利用這些已有的觀測數據，結合我們的數據分析，對於火星的水為什麼會消失掉，我們現在有一個什麼樣的結論呢？

太陽時刻在噴出一種叫做太陽風的物質，它的時速高達150萬公里，這麼高速的一個太陽風，它的主要成分是氫離子，它如果衝擊到一個行星的大氣上，是足以把行星的大氣給吹得脱離行星，逃逸到行星系空間去。而大氣和海洋，它是一整套的系統，是有循環的，如果大氣跑了，那麼海洋也會跟着消失。什麼東西能擋住太陽風呢？就是磁場，因為帶電粒子遇到磁場會偏轉，它的路徑會發生改變。所以地球是因為有了一個很強大的地磁場的存在，它就像一把雨傘擋住了雨的沖刷，而火星甚至包括金星是沒有磁場的，沒有磁場的保護，高速的太陽風衝擊到火星的大氣上去，經過了幾十億年，把火星的水全部給吹的逃逸掉了。

這是我們關於這個猜想的一個動畫：最開始的時候太陽噴出太陽風，火星也是有磁場的，但是不知道為什麼，三十八億年前的時候，火星的磁場突然消失了，消失之後太陽風就可以直接吹到火星的大氣，然後逐漸把大氣和水全部都吹走了。經過了將近四十億年，火星逐漸地乾涸，變成我們今天所看到的樣子。

磁場這麼重要，是不是有磁場就行了呢？其實不光是我們普通人會這麼想，美國行星科學界最頂尖的一批科學家也是這麼想的。美國國家航天局NASA行星科學部的主任，首席科學家Jim Green教授，在2017年就提出利用磁場，復活火星：我們在火星的L1點，放上一個人工大磁鐵，是不是火星就可以重新變成地球了？

當然這個説法遭到了另外一批頂尖科學家的反駁，其中一位叫做Jakosky，這位教授他在經過詳細的研究之後，他發現這個想法是不現實的。不現實的原因，可能超乎大家的想象，原因居然是二氧化碳太少了。二氧化碳在地球上，我們覺得這是一個很討厭的東西，導致全球變暖。可是在火星上，就變成一個好東西，因為火星最高温度20多攝氏度，最低温度零下100多攝氏度，它是一個比較寒冷的星球，如果有足夠多的二氧化碳，就可以讓它變暖。但是很可惜，火星沒有那麼多二氧化碳，所以即使加上磁場，火星也不能再變成地球。

那麼現在得到一個什麼印象呢？火星和地球，四十六億年前同時出生，它們就像一對孿生兄弟，但是後來隨着它們的成長，走上了不同的人生路徑。當我們看到這對兄弟的時候，我們能看見它們身上有對方的影子，但是是兩個完全不同的人。它們的過去發生了什麼我們不知道，但是如果我們想知道它們發生了什麼，它們彼此互為最好的參照。

**我們還有那麼多的未知，新的探索即將開始。天問一號、希望號和毅力號即將到達火星，未來還將繼續，這些探索要靠誰呢？我們要靠一批又一批的年輕人。**那麼這些年輕人會從哪裏產生呢？我們需要有行星科學的教育。2021年中國科學院大學，將會率先成立行星科學一級學科，目前我們已經開展了研究生的招生，本科生的招生下一步會繼續。一級學科是深空探測國家戰略，將會是未來十年，我們中國高等教育界的一件非常重大的事件。

什麼是一級學科呢？我們知道物理、化學、數學、天文這叫一級學科。我們為什麼要分學科呢？我們説一個科學家，他是研究物理的，他是研究化學的，但是我們現在如果説一個人是研究行星科學的，比如我就歸不到我們現在的教育體系裏面去。我的研究生現在拿的學位才剛剛變成行星科學，之前我們也是放在物理學或者地球科學裏面。只有當行星科學一級學科正式的建立起來，並且是要在我們很多的高校推廣的情況下，我們才有可能去把中國的行星科學家團隊建立起來。

天問一號的首席科學家萬衞星老師，他是2020年5月20號去世的。我總覺得他其實並沒有走也並沒有離開，他只是太心急了，自己先去火星探測這些很令人費解的問題。臨走之前他留下了一句話，他説你在跟年輕人做講座的時候，你要把這句話告訴大家，那就是：“深空探測看當代，行星科學靠未來。”