蓝色地球，红色火星，孪生又殊途。穿越时空阻隔，遇见火星，方知何为地球。深空探测看当代，行星科学靠未来。
魏 勇
天问一号首席科学家助理
中国高校行星科学联盟秘书长
中国科学院大学地球与行星科学学院教授
我是研究火星的，今天（2021.02.06）讲一个关于天问一号的故事。
我们先看一张照片，这是中国自己设计的探测器，第一次在另外一个行星上发回来的行星的照片，具有非常伟大的历史意义。我觉得每一个中国人看到这张照片，都应该感到自豪，我作为一个研究行星科学的，看到这张照片的感受是：这个照片太酷了。
我们来想一想，手机、互联网、电脑，这些东西彻底地改变了我们的生活。但是大家有没有想过，这些东西给我们的感受是从群居变成了独居。因为我们人类从灵长类动物演化而来，我们看所有的灵长类动物，甚至绝大多数的动物都是群居的，群居有利于它们的生存。但是这些发明，居然令我们变得独居了，这个事情是很奇怪的。
我们人类为什么会发明这些东西？我们人类一旦要发明一个东西，通常是有一些需求，比如说：我们人类想跑得更快一点，我们就发明一个自行车；还想跑得更快，我就发明汽车；我还想更快，我就发明飞机；这中间是有一种需求在驱动，但是我们人类什么时候需要去发明手机，互联网，还有电脑，这些东西呢？答案是为了深空探测而设计的。
深空探测，可以说是我们整个20世纪，人类干过的最酷的事。
1969年美国人登上了月球，他们开了辆月球车，甚至在月球上飙车， 带回来382公斤的月壤，很酷。
1986年的时候，苏联、日本和德国组成了一个联合舰队，成功穿越了哈雷彗星。哈雷彗星每隔七十六年回归一次，1986年的时候回归。
哈雷彗星它是一个什么东西呢？它是一个大约直径十几公里的大石头，大概相当于北京的三环以内的区域那么大。你要在茫茫的太空中，去探测这样一个东西，是非常困难的，但当时五个探测器就做到了。
我们中国的彗星探测什么时候要进行呢？将于2024年发射，2035年飞到。这是一件非常酷的事，可惜当年没有电视直播，我们谁都没赶上，很遗憾。
不过现在机会来了，我们将见证另外一件非常酷的事，由中国、美国和阿联酋共同组建了一个火星舰队，它们马上就要飞到火星上去，我们将有幸亲眼见证，这么一个伟大的时刻，伟大的事件。
这是我们的天问一号，它有一个环绕器，还有一个火星车或者叫做巡视器，能够对火星进行天上和地下联合全方位的探测。那么问题来了，天问一号要探什么呢？
时间倒回到2010年的8月份，这张照片是我们一次开会的间歇拍下来的，最右边看着镜头的就是我，当年我29岁，研究生刚毕业两年，当时还在做博士后。我要研究火星的水为什么会消失掉，但是并没有想到我所研究的内容，将来会成为国家战略的重要组成部分。而我旁边这位是我的老师，他叫万卫星，当年他52岁，他心里面在考虑的是中国的行星探测将来要探什么。
这是2010年我们当时开会的场景，第二次金星探测会议，因为当时我们接到国家给的任务，要研讨一下中国的行星探测探什么，不光是有火星，还有金星，还有其他的行星。虽然第二次的“二”下面坐的是我，但我并不是主角，当时我只是一个博士后，真正的主角在最左边穿蓝衣服的，我的导师万卫星，他就是后来的天问一号的首席科学家。
他当时给我们提出来一个研讨的方案：人类的深空探测已经探了这么多年，我们知道什么呢？我们还不知道什么？我们中国人在这方面将来要探什么？我们要有一个定位，深空探测、行星探测、它不是一个国家的事，它是全人类的事，我们先搞清楚，别的国家探明白什么了，然后再去定我们中国人要探什么。
从2010年一直到现在，十来年的功夫，我们一直都是在紧密地关注国外的深空探测，关注国外的行星科学的成果，去准确地把握行星知识的最前沿，就能知晓下一步中国人应该在哪一个方面做贡献。
在过去大约六十年里，基本上人类的探测器已经探遍了太阳系的所有的行星，还包括一些彗星、小行星、还有一些木星和土星的卫星等等。这么多探测器发出去，我们可以看到，每一个圆环上面有很多同心圆，每一条线都是代表着一次探测计划。我们看到探的最多的是月球，其次就是火星和金星，我们现在有一个什么样的结论呢？
这是我们所有的着陆器着陆到其它天体上拍摄的照片，这些全都是真实的照片，目前我们就只着陆过这么多天体。
我们从最左边开始看，第一个是金星，金星的地表400多摄氏度的高温，92个大气压，这是一个标准的地狱；第二个是地球，我们的家园；第三个是月球，我们看到一片荒凉贫瘠；再接下来三个是小行星，除了乱石，别的我们也什么都看不到；倒数第三个是火星，我们熟悉的这种很荒凉的景象；倒数第二个是一颗彗星，彗星的地表，大家可以看到它其实就是一块石头，如果不接近太阳是不会喷发的，没有那么美丽的尾巴；最后土卫六，曾经被我们寄予厚望，觉得我们一定可以在上面找到生命，随着探测的越来越深入，希望变得越来越小，但是科学家们并没有放弃，我们希望能有更多的探测器，去加入到探测的行列。
那么问题就来了，我们看到的行星是这样，它们是不是本来就是这样？太阳系是在四十六亿年前形成的，太阳和所有的行星同期形成，到现在我们看到它们不同的样子。那在四十六亿年前本身就是这样，还是说后来它逐渐地变成这样呢？
我们探测最多的是火星，我们看到了什么呢？这个学名叫做冲积扇，在地球上有很多，是由于河流冲刷所形成的特殊的地貌。好奇号火星车，跑到这些看起来像远古河道的地方，发现了什么呢？如果这张照片，我不说它是火星，可能你还以为是地球。
我们知道在地球上，只有河流冲刷，就能形成鹅卵石，所以这个火星上的鹅卵石应该就是在四十多亿年前，由于河流冲刷所形成的，这是目前科学界给的一个比较公认的结论。
今天我们看到，火星是不毛之地，很贫瘠、很荒芜。但是种种的科学证据告诉我们，在四十二亿年前，它跟地球是非常相像的，它也有过河流，有过海洋，只不过是后来逐渐地变成了今天这个样子。经过四十多亿年火星干涸了，地球为什么没有干涸？再过四十多亿年，地球会不会走上火星的老路，也会变成干涸的呢？地球是不是也会变成火星这个样子，从此再无生命？所以地球的未来是不是今天我们看到火星的样子，这就是我们要研究的一个问题。基于这个目的，在过去十年里面，我们做了很多的布局，我们要从火星入手，对行星进行研究。
我们有三个地方可以研究火星：
第一个离我们最近的、每个人都可以去的柴达木盆地。柴达木盆地在青海省，它的地貌是跟火星的古湖泊盆地非常的相似，干旱、低温、高盐、高辐射，已经是被公认为典型的地球、火星类比的研究基地之一。
这张照片是我用手机拍摄于去年的八月份，从青海的赛什腾山，海拔4300米拍摄的。这是十二月份，虽然大雪已经封山，但是你可以看到一个非常巨大的变化，在青海省政府的支持下，我们把整个山头削平了，修上了路，在上面建起了中国第一座行星望远镜。
目前已经即将竣工，将会对天问一号，开展联合的观测。这个望远镜也可以说不是我们中国人的自己的事，它是整个国际行星科学界的事。在2018年的时候，我们就在《Nature Astronomy》上发了一篇文章，介绍中国的行星探测计划，未来十年，二十年，我们都有什么样的计划。我们就介绍了这个望远镜，它不仅可以探测火星，还可以探测木星，因为中国特殊的地貌，所以在中国建设这个望远镜，可以跟欧洲的望远镜联合观测，形成24小时不间断的观测，会对世界的行星科学界，有关火星和木星的研究，起到一个非常大的促进的作用，可以说这个望远镜是国际行星科学界都是非常期待的事情。
第二个我们可以研究的地方叫做临近空间。临近空间是指大约距离地面20~100公里的区域，它的环境参数比青海省是更加接近火星，缺氧、低温、高UV辐射、强宇宙射线、还有低重力。我们最高的跳伞记录就是从这个区域诞生的，最高纪录大概是41000米，是谷歌的副总裁创造的。我们可以看到他跳伞时穿了宇航服，因为在这个地方有很强的宇宙射线辐射，如果不穿宇航服，很可能对身体有致命的伤害。要到达这个高度飞机是不行的，普通的民航飞机通常最高飞到12000米，而这个地方比较核心的区域是3~4万米之间，只有一种工具比较适合就是气球。
这个气球里面充的是氦气，我们中国科学院成立了一个先导专项，叫做“鸿鹄专项”，我本人是担任这个专项的首席科学家。我们整个专项最核心的科学目标，就是要利用气球，利用浮空器，浮空平台，来研究行星科学。
下面可以看一下我们做实验的场景，这个气球在起飞的时候它是瘪的，上面会携带一个载荷舱，我们的科学仪器都在这个黑色的载荷舱里面保存着。你可以看到这个气球目前还不是饱的，这是因为靠近地面气压比较高，越往上气压越低，它就会膨胀，到达平飞高度，也就是30公里以上，载荷仪器就可以开始工作了，这个阶段气球就变得胀满了，变成很圆的。当实验结束之后，它就会启动一个切割器，把气球抛弃掉，启动降落伞，然后让科学载荷能够安全地到达地面，重复利用，因为载荷科学仪器也都是比较昂贵的。
第三个我们一直在布局做的，就是我们要充分地利用历史上的，其他国家火星探测所产生的科学数据，来进行一个综合性的研究。大家可以看到，曾经有过几十次的探测，当然美国贡献的是最多的，其次还有苏联、日本、法国等等，除了飞行器，还有火星车。利用这些已有的观测数据，结合我们的数据分析，对于火星的水为什么会消失掉，我们现在有一个什么样的结论呢？
太阳时刻在喷出一种叫做太阳风的物质，它的时速高达150万公里，这么高速的一个太阳风，它的主要成分是氢离子，它如果冲击到一个行星的大气上，是足以把行星的大气给吹得脱离行星，逃逸到行星系空间去。而大气和海洋，它是一整套的系统，是有循环的，如果大气跑了，那么海洋也会跟着消失。什么东西能挡住太阳风呢？就是磁场，因为带电粒子遇到磁场会偏转，它的路径会发生改变。所以地球是因为有了一个很强大的地磁场的存在，它就像一把雨伞挡住了雨的冲刷，而火星甚至包括金星是没有磁场的，没有磁场的保护，高速的太阳风冲击到火星的大气上去，经过了几十亿年，把火星的水全部给吹的逃逸掉了。
这是我们关于这个猜想的一个动画：最开始的时候太阳喷出太阳风，火星也是有磁场的，但是不知道为什么，三十八亿年前的时候，火星的磁场突然消失了，消失之后太阳风就可以直接吹到火星的大气，然后逐渐把大气和水全部都吹走了。经过了将近四十亿年，火星逐渐地干涸，变成我们今天所看到的样子。
磁场这么重要，是不是有磁场就行了呢？其实不光是我们普通人会这么想，美国行星科学界最顶尖的一批科学家也是这么想的。美国国家航天局NASA行星科学部的主任，首席科学家Jim Green教授，在2017年就提出利用磁场，复活火星：我们在火星的L1点，放上一个人工大磁铁，是不是火星就可以重新变成地球了？
当然这个说法遭到了另外一批顶尖科学家的反驳，其中一位叫做Jakosky，这位教授他在经过详细的研究之后，他发现这个想法是不现实的。不现实的原因，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，我们觉得这是一个很讨厌的东西，导致全球变暖。可是在火星上，就变成一个好东西，因为火星最高温度20多摄氏度，最低温度零下100多摄氏度，它是一个比较寒冷的星球，如果有足够多的二氧化碳，就可以让它变暖。但是很可惜，火星没有那么多二氧化碳，所以即使加上磁场，火星也不能再变成地球。
那么现在得到一个什么印象呢？火星和地球，四十六亿年前同时出生，它们就像一对孪生兄弟，但是后来随着它们的成长，走上了不同的人生路径。当我们看到这对兄弟的时候，我们能看见它们身上有对方的影子，但是是两个完全不同的人。它们的过去发生了什么我们不知道，但是如果我们想知道它们发生了什么，它们彼此互为最好的参照。
我们还有那么多的未知，新的探索即将开始。天问一号、希望号和毅力号即将到达火星，未来还将继续，这些探索要靠谁呢？我们要靠一批又一批的年轻人。那么这些年轻人会从哪里产生呢？我们需要有行星科学的教育。2021年中国科学院大学，将会率先成立行星科学一级学科，目前我们已经开展了研究生的招生，本科生的招生下一步会继续。一级学科是深空探测国家战略，将会是未来十年，我们中国高等教育界的一件非常重大的事件。
什么是一级学科呢？我们知道物理、化学、数学、天文这叫一级学科。我们为什么要分学科呢？我们说一个科学家，他是研究物理的，他是研究化学的，但是我们现在如果说一个人是研究行星科学的，比如我就归不到我们现在的教育体系里面去。我的研究生现在拿的学位才刚刚变成行星科学，之前我们也是放在物理学或者地球科学里面。只有当行星科学一级学科正式的建立起来，并且是要在我们很多的高校推广的情况下，我们才有可能去把中国的行星科学家团队建立起来。
天问一号的首席科学家万卫星老师，他是2020年5月20号去世的。我总觉得他其实并没有走也并没有离开，他只是太心急了，自己先去火星探测这些很令人费解的问题。临走之前他留下了一句话，他说你在跟年轻人做讲座的时候，你要把这句话告诉大家，那就是：“深空探测看当代，行星科学靠未来。”
