深入平静的大海-到火星去

1965年7月，当一艘小型八边形航天器飞越火星表面时，我的父亲才刚满18岁，那时他正高高地站在阿巴拉契亚地区一个湿润的、硬木丛生的山冈上。肯塔基州的瓦普地区沐浴在万米厚的氮气和氧气层下，处于卡门线^[1]、大气散逸层^[2]和范艾伦带^[3]之下，且遥远的上空还有太空巨大的真空环境。就在瓦普地区边缘，一家小型天然气公司的一辆挖土机疾驰着，为进行钻探挖掘出了一片平地。我父亲曾驾驶旧吉普车蹚过河床且发动机没进水，他和一些身穿工服、目不识丁的工人一起挖掘沟渠、铺设管道，偶尔还会帮着运输钻头套管。他本希望能作为公司地质学家初出茅庐的助手度过那个夏季，但是不到两周，每一个可用的工作者都被派去山上工作了，其中也包括他。

路易斯维尔的《信使报》刊发了关于世界上第一个执行火星任务的航天器“水手四号”的新闻。运送《信使报》的卡车沿着深陷的山路蜿蜒前行，经过煤田，又路过哈扎德高中，然后抵达了规模并不大的市区，市区被肯塔基河的北侧支流紧紧环绕。

那天早上，我的祖父从福特药店取了一份《信使报》。他把报纸夹在腋下，径直去卫生署上班。作为一名医疗技术人员，他负责视察分布在山脊上的冷战时期的防空洞，确保食物储备安全，此外还负责婚检工作，为准备结婚的年轻夫妇抽血进行梅毒检验。他为镇上的每个人都称他为“医生”而感到自豪。他并不是医生，但他确实给遍布肯塔基州东部丘陵地区有需要的患者都注射过青霉素：下到吉利市，上至特普市，还包括斯伦普市、斯库迪市、哈佩市、亚迪斯市和布斯市。当我的祖母不忙于烫发时，她会帮助祖父。她喜欢操作X光机。

那天晚上，天气仍很闷热，我的祖父在百老汇大街上踱步。百老汇大街其实只是一条小巷，一点也不宽阔，陡直而下，深入爬满野葛藤的后院里。房子矗立在山谷的一侧，远看就像一只蝙蝠倒挂在那里一样。他把《信使报》留在阁楼卧室，由于六个孩子中有四个已经离开家，卧室目前很宽敞。他的孩子中最年幼的小儿子，长得瘦小，但耳朵宽大，他也将在这个夏末离开家，向西行进两个小时，越过陡峭的树木丛生的坡路去伯里亚学院上学。祖父将报纸放在我父亲的棉被上，以确保他一眼就能发现。报纸的旁边放着父亲的《科技新时代》，杂志封面印着表面坑洼的月球照片。

通过这次航天探索任务，美国国家航空航天局（NASA）将有机会拍摄到与地球最相似的星球照片，我父亲对这一想法非常着迷。当星期三的夜色笼罩山城后，我父亲爬上台阶，气喘吁吁。当时他腰酸背痛又筋疲力尽，就在那时他看到了这个头条新闻。在折痕上方，在威利·梅斯的照片和有关越南的报道之间夹着的，是他一直在等待的内容：“人类通过‘水手号’，于今日抵达火星。”他躺在床上读着，露出了微笑。“今天，人类的指尖已经触及了远在1.34亿英里^[4]外的火星，太阳系中唯一被广泛认为可能有生命存在的天体……”

在这个国家的另一端，帕萨迪纳市北部的峡谷中，一众热切的人正聚集在NASA喷气推进实验室的园区内。在冯·卡门（Von Kármán）礼堂内，铺设在地下的电缆隐约可见，密集地缠绕着，电缆的一端连接着众多的电视摄影机，另一端蜿蜒穿过地板连接着室外的货车。世界各地的广播都在持续转播，英国媒体租用了“晨鸟”卫星整整两分钟的时间，准备进行电视直播。现场37部电话各司其职：包括媒体库使用的36部，还有一部在为播音员录制所搭建的小型办公布景的桌子上。

一台全尺寸航天器占据了一间大屋子从地板到天花板的整面墙壁，它是用于温控测试的备飞件。它具有与水手四号相同的八边形镁制框架底座，其自身硬件和装配仪器同样重达260公斤。它总共由13.8万个零件构成，包括铝管、姿态控制喷嘴和火线端电缆等。太阳能电池板加上末端的挡板总共长达7米。它们外层包覆了蓝宝石玻璃，在电视灯的光照下闪闪发亮，看上去就像是镶嵌着宝石的翼龙之翼。

这艘航天器承载了很多使命。在20世纪反复上演的一幕中，一艘苏联航天器也于几乎同期试图接近火星，就在水手四号发射的两天后，它从拜科努尔航天发射场发射升空。它已经抵达了火星，但正如NASA所愿，它没有返回任何数据。在飞往火星的中途，它的通信系统开始出现更新紊乱，继而信号发射器损坏。目前它只不过是个“无声的‘俄罗斯间谍’”，也可以称之为“‘逝去的’的苏联火星导弹”。最后，美国便有机会在这次太空竞赛中遥遥领先了。

在美国取得胜利的道路上只有一个障碍：如何使水手四号瞄准目标并启动相机，然后将拍摄的图像顺利传回地球。这并非易事。火星距太阳太远了，这次任务中的可用电源功率只有310瓦，仅相当于一对电灯泡的功率。发送数据流的初始功率仅10瓦，而当数据被位于约翰内斯堡、堪培拉郊区及莫哈韦沙漠深处新建的深空网络^[5]众多大圆盘^[6]式探测装置的天线所捕获时，功率将耗散到仅剩10^–17瓦。即使数据被成功接收，也有其他一些忧虑。万一相机快门闪得太早或太晚该怎么办？万一航天器发生失误，意外地挣脱了火星引力该怎么办？万一相机无法关闭，拍摄的无意义的空白太空照片覆盖了火星的照片该怎么办？

5年间，苏联人一直在试图抵达火星。在太空探索领域及其他所有领域，苏联都是一个强大的对手^[7]。1960年，为了配合尼基塔·赫鲁晓夫总理访问在纽约举行的联合国大会，苏联策划的第一对火星探测任务被提上日程。总理委托制作了火星探测器的模型，并将它们带到世界各地进行展示。就在不到2个月前，他的首席火箭工程师将第一批活的生物体^[8]发射到太空后又使其安全返回地球，这些生物包括两只狗、一只灰兔、四十只小鼠、两只大鼠和几只苍蝇。

但是苏联这次就没有那么幸运了。当各国代表们聚集在纽约时，苏联的第一枚火星探测火箭发射失败了，仅爬升了120千米就坠毁在西伯利亚东部地区。紧接着，由于低温推进剂泄漏，造成发动机入口的煤油燃料被冻结，第二枚火箭也失败了。赫鲁晓夫本指望这刚起步的太空探索项目能够再一次取得成功，但事与愿违，因此他在步入联合国大厅时大为恼火。据小道消息，在全体会议闭幕之前，他甚至脱下一只鞋子^[9]，向另一个国家的参会代表愤怒地挥舞着。

1962年，苏联又尝试了三次飞行任务。第一次，航天器在轨道上解体了，散成了许多碎片，这些碎片被美国安置在阿拉斯加的雷达装置侦测到。这发生在古巴导弹危机爆发的第九天，美国防空司令部一度担心这些残骸预示着苏联将开始对美国展开核打击。第三次也失败了，助推器的主壳体重新跌回大气层，那天正好是在圣诞节。1个月以后，火箭的载荷也落回大气层。尽管如此，苏联发射的第二个航天器飞离地球1亿千米左右，并且首次飞越了火星。虽然发射器出现了故障，但这次确实是苏联航天器到达火星的一个无声的见证^[10]。

苏联只对内告知发射失败的消息，对外却大肆宣传他们发射成功^[11]的喜讯，发射成功的次数之多足以表明，相比于美国人，苏联在航天领域有绝对的领导地位。苏联几乎树立起了太空竞赛中的每一个里程碑：第一颗人造卫星^[12]、第一次把动物送上太空、第一次载人航天、第一名女性航天员。他们甚至故意让一架航天器在月球坠落，并拍摄了月球“远地侧”的第一批照片。此外，当时他们还在策划开展首次太空漫步。

相比之下，美国仅成功完成了一次行星探测任务，即向金星发射了“水手二号”^[13]行星探测器。更糟糕的是，这被誉为“七个奇迹的任务”^[14]的金星探测任务也仅勉强完成。令人惊奇的是它居然竭尽所能地收集了所有数据，凭感觉自主飞行，仅依靠一块可以正常工作的太阳能电池板产生的电力飞行，勉强维持到其生命尽头。

到达金星比到达火星要容易^[15]。为了到达火星这颗“红色星球”，航天器各系统的续航能力须额外增加100天，并且数据传输距离也是探测金星时的两倍之多。当时晶体管还是新生事物，体积庞大，同时微型芯片也是刚刚才被研制出来。整个航天器的计算效率还不及一个普通袖珍计算机，而且航天器还必须依靠一套未经测试过的星象跟踪仪来导航。这是NASA的探测器有史以来第一次漂流到黑暗的太空中，飞离了夜空中明亮的一切——包括地球、月亮和太阳。就像柯勒律治笔下的老水手一样，它有望成为“有史以来第一个闯入那片幽静的海面”的人类社会成员。

最初的计划是发射两台完全相同的水手号探测器飞往火星，它们的绰号是“会飞的风车”^[16]。“水手三号”和水手四号本应在间隔几周的时间内相继掠过火星。

但是，水手三号在发射几分钟后就失联导致该计划被打乱了。阿特拉斯–阿格纳火箭此前的表现一直很出色，但研究团队这次很快就发现明显有些不对劲。从约翰内斯堡返回的数据表明，该航天器并不在预定的轨道上。同时，专门设计用来保护水手三号免受发射时的挤压力破坏的整流罩也没有从探测器上正常脱落。地面控制团队耗费了9个小时拼命地寻找能让整流罩脱落的办法。他们尝试了能想到的所有方法，包括启动航天器的发动机，但最后电池电量彻底耗尽，水手三号最终飘入了太阳的废弃轨道。

火星和地球需要26个月才能在太阳的同一侧相遇一次^[17]。因此对于洛克希德导弹与航天公司的团队来说，在火星转离之前，留给他们设计解决方案的时间仅有短短几周。头部整流罩所用材料的制造和测试都是在地球的高气压环境下完成的，团队意识到其蜂窝状的玻璃纤维外壳在太空的真空环境下会像爆米花一样崩开，膨胀到足以把头部整流罩紧紧裹住。工程师们夜以继日地工作，最后发现这个难题可以通过在每个小单元区域中戳一些小孔以平衡内外压力的方式来解决。不可思议的是，仅仅在水手三号失利后23天，水手四号就几乎准备好发射了。在起飞前的夜晚，它被固定在37号发射台上，在明亮的聚光灯下发出闪耀的光芒。第二天清晨，它搭载在阿特拉斯导弹上呼啸着从肯尼迪角升空。当火箭释放探测器的一刻，整流罩按照预期一样骤然弹出。

水手四号离开地球后开始在太空中飞行。它的首要任务是定位到远处的老人星（Canopus，船底座α），这是其内部传感器导航所用的参考星。传感器锁定了北方遥远的阿尔法·塞菲星（Alpha Cephei，仙王座α），然后向南移至轩辕十四星（Regulus，狮子座α），后又移至弧矢增廿二星（Zeta Puppis，船尾座ζ），然后是无名的三星团。它最终找到了老人星，但很快就又锁定在一个杂散光图像上，然后又再次开始搜寻轩辕十四星。在整个漫长的航行中，传感器至少40次迷失了方向，究其原因，是阳光下反光强烈的一些小尘埃颗粒和表面不断脱落^[18]的油漆微粒掉入传感器的视野内了。在飞往火星的途中，探测器一路跌跌撞撞，但它还是在环绕太阳半周^[19]的5.23亿千米的旅程中幸存了下来。NASA成立仅7年，而这一重达0.25吨的探测器被公认为美国在太空领域中最伟大的成就。

在空间飞行控制室里，在一群身穿深色休闲裤、短袖上衣的人中，有一位衬衫前面系着深色细领带的男人，他是水手四号成像技术团队的负责人鲍勃·莱顿（Bob Leighton）。因为当时人们普遍认为照片的科学价值不高，所以能在这里成立一个成像技术团队，经历了重重困难。“照片，不是科学，那仅仅是公众信息。”^[20]NASA无人绕月任务的项目负责人回忆道。

但是莱顿对摄影充满了热情^[21]。他知道如何渲染图像，如何呈现光影，他知道肉眼看到的东西真正意味着什么。他生长在加利福尼亚贫民区，由在洛杉矶一家旅馆当女佣的单身母亲抚养长大。毕业后不久，一位高中摄影老师在一家好莱坞广告公司的摄影室给莱顿找了份工作。如果他能全身心高效地投入到这份工作中，他很可能会成为一名专业摄影师。1939年，他扔掉了一张自认为是废纸的东西，结果却发现那是一位客户的一张未经充分曝光的蓝光底片，底片上拍到的是一艘高级蒸汽轮船在金门大桥下航行的画面。他拿着解雇函，回到了洛杉矶城市学院。大三时，他转学到加州理工学院的物理系，此后便再未离开，并于1949年留校任教。

在参与水手四号的研制之前，莱顿已经在威尔逊山天文台工作了10年。他仅花了很少的钱，就制造了一个图像稳定装置，一个“导向器”，并拍摄了多张行星照片。他本应该观测恒星和星系，绘制红移图，对天体物理学进行基础研究，而不是观测那些被人们认为太小的、冷冰冰的且几乎无法揭示任何有关宇宙本质的行星。但他还是忍不住时不时地去瞥上几眼。当没有其他人在场时，特别是在感恩节和平安夜等假期的时候，他会偷偷地透过1.5米望远镜进行观测。

最近，喷气推进实验室雇用了莱顿的一名学生^[22]。他向同事们介绍了他从前的导师如何消除大气中湍流的影响在威尔逊山拍摄了影片的经过。值得一提的是，这是首部记录转动着的火星的精美彩色影片。当一项不太成熟的电视实验最终被提议用于火星任务时，该学生恳求他的老教授：“鲍勃，您必须向火星任务提出关于电视实验的建议，就当这是履行对我们社会的责任，否则结果会很糟糕。”

莱顿勉强同意了，在短短几个月内，他就设计了一款带有慢扫描电视摄像头的小装置，该摄像头可以在25分钟内拍摄21张火星照片。他希望能用它先拍摄到埃律西昂的图像，然后是特韦·卡迪斯，接下来横扫泽菲利亚并进入辛梅利亚海，最后再逐渐移向奥尼湾西部前完成对艾里迪斯一隅的拍摄^[23]。对于每张照片，相机的快门每五分之一秒按下一次。这些照片将被记录在一卷磁带上，然后通过水手四号的高增益天线传回地球。从某种意义上说，它是世界上第一台数码相机^[24]。

几十年来，即使在最佳的观测日用最先进的望远镜观测到的火星，也只比肉眼看到的月球近几倍而已。水手四号搭载的莱顿的系统传回的图片分辨率大幅提升，其最小分辨距离可达到3.2千米，它们为世界提供了来自火星的第一手资料。就像马丁·路德所坚持的“人要与上帝保持直接关联”的理念一样，用莱顿团队中最年轻的一名成员的话说，这些影像资料的存在使人们不再需要翻译员或“科学领袖”了。这些图片可以用一种所有人都能理解的语言传播到全世界，供所有人阅览。

但是莱顿明白，拍摄火星并不只是一个与公众直接分享本次航天探索发现的机会。这将是一场漫长探索的制高点，我们将看到一个我们从未到达的星体，一个困惑了我们几个世纪的星体，火星到底是什么样的？

不可思议的是，火星并不总是被理解为一个地方。但有一点可以肯定，古人知道一些关于火星的趣事。美索不达米亚人观察到它在夜空中沿着一个奇怪的环形轨迹移动，与“位置固定”的恒星分开飘移。在浩瀚的夜晚，除了“自由”的五颗星体，所有其他星体都在一起移动。其中只有一颗星仿佛一盏炽热的红灯^[25]。令人感到困惑的不仅是它特有的颜色，还有它运动的方式。相对于其他恒星，火星日复一日向东飘移，但是每隔几年，在大约十周时间里，它又突然转向，朝着逆黄道带的方向移动，向西飘移60至80天后，又恢复了正常轨道运动。实际上，它的运行轨迹是一个拉长的环形^[26]。有时环的尺寸较小，有时又较大。柏拉图由此断言，行星是有灵魂的，他推理道，如果不是自由意志的表达，为什么火星会发生逆行？

直到伽利略透过小型望远镜，从帕多瓦的一个圆柱露台上眺望火星，火星才逐渐从一个闪烁的光斑转变为一个世界。在短短的几周内，他不仅清楚了火星相对于其他天体的位置，还明白了它是什么。伽利略亲手制造了一架望远镜，把它称作perspicillium^[27]。他将望远镜安装在一个底座上，由于该望远镜的视野范围很小，他每次观测时都必须保持静止不动，屏住呼吸，以防晚上不断降低的气温使玻璃镜头蒙上雾气。透过望远镜的小孔^[28]，他判断火星是被太阳照亮的球体^[29]。

至于这个星体是否和地球相像，伽利略还不确定。他在1612年寄出的一封信中含糊其辞：“如果我们相信月球或其他星球上有存在动物和植物的任何可能性，它们不仅与地球上的生物不同，而且与我们最大胆想象的样子都相距甚远，那我个人既不应该肯定也不应该否认，而是应该把决定权留给比我更聪明的人。”

通过更好地开展火星观测以确定火星本质的探究持续了数个世纪。当伽利略第一次透过他那简陋的望远镜进行观察时，火星看上去只有罂粟籽^[30]那么大。但是凹透镜头^[31]很快就被凸透镜头取代了，从而使图像倒置了，这对于较大的视野来说造成了些许不便。慢慢地，焦距开始增长，伽利略当年曾试图用纸板垫圈来减轻的光学畸变也因为这种新镜头的使用而得以改善。1659年^[32]，荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）在他父亲位于海牙的一栋大房子的阁楼窗户上，架起了一个10.5英尺^[33]长的望远镜，并绘制了第一幅火星地图。他在一个圆圈内做了一个“V”形的墨水记号，表示火星表面上有一个暗斑。在接下来的几个夜晚，他看着那团暗斑一会儿消失，一会儿又出现。它看起来隐约像一个沙漏，后来被称为沙漏海^[34]，这是火星上第一个已知的表面特征。在把一个微小的测量装置安装到目镜上之后，他非常准确地估算出火星的大小约是地球的60%^[35]。

惠更斯的观测结果显示，一个火星日约为24小时^[36]，与一个地球日的时长几乎相同，这个结果也使他自己大为惊讶。地球和火星之间的这些及其他相似之处，引发了人们对于火星上是否有居民的猜测。惠更斯猜测火星上存在智慧生物，认为火星不能被视为“只有广阔沙漠的、冷冰冰的、无生命的物体”，因为这样做会使火星在美丽与尊严方面屈于地球之下，所以决不允许这么做。他甚至还推算了地外行星的数学运算，设想了正弦和对数表，因为除了“人类是世界上最高级的物种”这个陈旧的观念外，没有什么理由阻止古人在发现与探索中汲取快乐并获得智慧，现在的我们也是如此。

与此同时，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）正在剑桥大学研制新型望远镜的基本光学器件：反射器。当时的镜头无法将红色和蓝色的光聚焦到同一点上，从而导致明亮的物体周围色彩模糊^[37]。因此为了取代透镜，他设计了一个样机，通过有一定弧度的金属材质的镜面来补集光：金属材质里有60%的铜和20%的锡。这是一个很小的仪器，长16厘米，只能把图像放大35倍。然而，牛顿的设计在后来的一个世纪里^[38]产生了广泛的影响，使拍摄到的天体得到了前所未有的放大^[39]。1773年，一名出生于德国、定居在英格兰巴斯的音乐家威廉·赫歇尔（William Herschel）开始在业余时间尝试制造镜面。通过与他才华横溢的妹妹卡罗琳^[40]的合作，他最终制造了几十台反射望远镜。卡罗琳则经过持续探究发现了大量的彗星和星云。赫歇尔在自己的一个朝南的花园里首次观测到了天王星的微弱光线，还在观测火星的过程中调试了他手工制作的精巧设备，发现火星有白色的极地冰盖^[41]、大气中飘浮着云层和水蒸气，以及和地球一样的周期性季节变化。1784年，他在英国皇家学会的致辞中指出，火星是地球的翻版，并指出火星上的居民在许多方面可能面临与我们地球人类相似的处境。随着火星观测的持续和深入，各个方面的发现都印证了一个想法，那就是火星可作为另一个地球，那是一个具备可以航行的海洋、可以行走的陆地的星球，那是一个我们可以认识、建立联系和想象的地方。

火星与我们的星球相像这一认知促使人们更好地了解它。由于大型反射式望远镜用的镜面金属会很快失去光泽，并且抛光过程经常使镜面变形弯曲，所以牛顿的反射式望远镜很快就被淘汰了，取而代之的是类似惠更斯当年使用的那种折射式望远镜。折射式望远镜使用两个透镜来取代两个反射镜，这种望远镜在19世纪重新流行起来，并且被建造得越来越大，造得过大的镜头受重力作用向内部塌陷。人们利用这种望远镜获得了一些重要的发现，跟踪了火星上的季节性变化，还发现了火星周边的多个卫星。望远镜这种神奇的工具，带领着我们，让我们看到了前所未见的事物。数百年来，它们是我们了解火星的唯一途径。

大学毕业后不久，我说服父亲跟我一起去了趟沙漠。他和我一起乘坐飞机，他一生中很少有坐飞机的机会。我们从肯塔基州飞往亚特兰大，然后再转机前往图森。我们租了辆车，驱车深入亚利桑那州的老西部地区，到达了圣佩德罗河山谷之上约4000英尺高的一座山上。在那里有一个维加–布雷天文台的小旅馆，但早已大门紧闭。

我们住了进去，然后前去检查望远镜。滚落式屋顶、几个30厘米的米德望远镜和50厘米的马克苏托夫望远镜下面有一个46厘米的反射器。天黑后，我们将其移至观测台，并将通光口径尺寸调整为20厘米，该尺寸范围下适合观看行星。它上面没有搭载跟踪系统或计算机，只有一个瞄准装置，有这个就够了。我父亲对夜空了如指掌。

我童年的大部分时间，他都是在后院度过的，胳膊肘下总夹着一本《天文学》杂志上的天象图。尽管我父亲很希望能够在接受培训后去地质学或天文学领域工作，但他需要一份工作来维持生计，所以他也像我祖父一样在州卫生部门找到了一份工作。我曾多次用他的超大双筒望远镜窥看夜空，尽管他总是试图帮我稳住镜筒，但它总是在我手中晃来晃去。

到那时为止，我已经去过利克天文台和威尔逊山天文台。我暑假期间在NASA实习，并参观了巨大的穹顶。我看到了最先进的望远镜观测到的数据在计算机屏幕上闪烁。不过，用维加–布雷天文台的中程望远镜这种常规手段观测天空还是有一些启发的。

在沙漠的那个夜晚，我第一次感受到了伽利略和其他早期天文学家所感受到的东西，那是计算机时代所丢失的东西。行星科学曾经是一项业余的事业，在太空时代来临前，每一个从事行星科学行业的人都与夜空有着直接的联系。当别人入眠时，他们却醒着，独自沉浸在科学和思索中，沉浸在广阔的物质世界中。他们用望远镜瞄准天空中的一个小点，然后把它看成一个世界。那个点，就在那里！数千个闪耀的亮点中，它是与众不同的。那颗星有光环，有像大理石斑点一样悬浮着的小卫星，它的雪花石膏小帽子是极地冰盖。那颗星体本身就是一个世界。

我和父亲站在寒冷的夜里，眼睛贴着望远镜，此刻我觉得自己不仅与火星相连，还与伽利略、惠更斯、牛顿和赫歇尔都联系在了一起。但是通过这个望远镜什么都看不到，更不用说能看得清晰了。我眯着眼睛，一次次地对望远镜的度盘进行调整，此刻我恨不得直接飞到天空上去，或者至少能使画面保持静止也行。我诅咒这妨碍我观测太空的大气云层，尽管也是同一片大气云层供养着我们的生命，带给我们降雨并为我们遮蔽烈日。即使是亚利桑那州稀薄的空气也能使气流云层波动、阴晴不定，使天空忽隐忽现。我深陷渴望和沮丧，直到21世纪，我才理解为什么我们必须要离开自己的星球去研究那些星体。

在水手四号发射后的213天，也就是在1965年7月15日的晚上，喷气推进实验室电报机的小杠杆（发报机的电键）开始发出猛烈的咔嗒声。此时莱顿必定感慨万千，水手四号传回的照片将是有史以来第一张除月球以外的地外星体的近距离特写照片，因为当年对金星的探测任务中没有拍摄到任何照片。莱顿和他的团队深刻地认识到了解一个地方和实际看到它之间的区别。当时团队里唯一的博士后布鲁斯·默里（Bruce Murray）意识到，“首次看到一颗行星……这是人类历史上难能可贵的一次经历。”

这些数据包从火星传输回地球，被建设在莫哈韦沙漠中的戈德斯通追踪站的巨大圆盘式信号接收器所捕获，并通过电报跨过加利福尼亚州传输到喷气推进实验室的旅行者电信科室。在莱顿看来，这张照片的每一个像素都像是一颗颗珍珠一样，串起了从地球到火星数千米的距离。数据传输速率仅为每秒八分之三字节，因此要完全传输第一张照片需要8小时。8小时充斥着紧张和等待，8小时也充满了好奇和悬念。

水手四号接近火星的前一天，操作团队决定发送一个命令“DC–25”，命令里包含一连串更新代码来启动平台扫描动作，该动作用以识别行星。然后再执行第二条命令“DC–26”，可确保相机停止并且不记录图像。发送命令之前接收到的数据表明，磁带式记录器已启动并停止，但是出现了一些异常。这台磁带式记录器也是备用的，在最后一分钟被换了上去，因为原来的那台有技术问题。要等电脑合成一张完整的照片，可能还需要几个小时，甚至几天的时间。当前，一些人开始再度质疑是否应该发送这些命令，它们是否会让电脑紊乱。

迪克·格鲁姆（Dick Grumm）等不及了。他负责磁带式记录器，他和其他一些工程师开始集思广益，讨论检查数据的方法。这可以称得上是一场竞赛，最终被认可的想法是在一卷电传打字机所用的纸带上打印单流数据组，每个像素的亮度显示为60。当工程师们开始把这些纸带剪成条状并固定在墙上时，格鲁姆突然跑到帕萨迪纳当地的一家艺术品商店，寻找六种不同灰度的粉笔，每一种颜色都对应六位图像的一个像素位。最后他找到了一盒伦勃朗彩色粉笔。但是他发现，粉笔是给学校用的，不是给艺术家用的，而且，没有六种不同深浅的灰色粉笔。

当他回来的时候，一幅巨大的由数字绘制的艺术作品已经组装好，准备好填充了。最终将与公众分享的水手四号拍摄的图像是黑白的，但是此刻格鲁姆的电传打字机纸带使用了根据亮度匹配的各种颜色，这些淡黄色、赭色、焦棕褐色、印度红等各种颜色的粉笔使图像变得栩栩如生。他尝试了紫色的配色方案，然后也尝试了绿色的配色方案。但是红色似乎最好地展示了灰度，碰巧也与火星的颜色一致。

当一个捕风捉影的公关团队得到消息后，他们立即找到了格鲁姆。他们不希望急躁的媒体拿到一些乱糟糟的临时图片——不是火星表面的实际图像。格鲁姆拒绝停下来，辩称这是工程性工作，他只是需要验证他的记录器是否工作正常。公关团队让他继续躲在一个由保安人员把守的可活动隔板后面，但是媒体还是发现了，然后开始蜂拥着挤进房间。这些人包括平面媒体记者、电视记者和广播记者们。在条带间隙里，200×200像素的方形框架被拉长为矩形，但是很快，火星的边缘变得清晰了。水手四号拍摄了火星的第一张特写照片。

即使图像仅拍到火星的一半，另一半是黑暗的宇宙，它仍然受到了全世界的赞誉。在完成电脑渲染后，法国发行量最大的日报立即就在头版上用横跨五个专栏大小的位置，刊登了最终定稿的第一张图片。《伦敦晚报》用大标题刊登：“真是令人惊叹”。这幅照片一送到教皇保罗六世的手中，教皇就在上面写道：“我们看到了，我们都惊呆了。”

相机中有些雾气，一些扫描线也出现了故障，导致整个画面上出现条纹。喷气推进实验室的工程师约翰·卡萨尼（John Casani）回忆说：“分辨率太差了，真的看不出太多内容。”但是随着水手四号离火星越来越近，太阳更倾斜地照射到这颗星球上，照片对比度会提高一些，图像效果会变得更好。

在前两幅图像的条纹中可以看出，似乎是真的存在一个暗区。它宽20千米，形状有点像字母“W”。第三张图片传输回来后，可以识别出其他可能存在的特征，包括一个较小的斑点，只有3千米宽，也许是一个低矮的山丘？前三张照片被发布到媒体上，让公众先一睹为快。谈到对这些图像的解析，中心主任力劝大家要有耐心。他提醒公众，团队的人力投入已达到极限。(www.xing528.com)

莱顿开始使用一些电子技术来提高照片的质量，例如消除由扫描错误而产生的明显异常的线条。但是当他处理到第七帧时，却停了下来，他难以相信自己所看到的。他把发射任务负责人杰克·詹姆斯（Jack James）和当时的项目经理丹·施耐德曼（Dan Schneiderman）叫到一个封闭的小房间里，给他们看了视频显示器上的宝丽来相机的一次成像照片。这根本不是他们所期望看到的图像。他们静静地盯着图像，内心失望极了。最终，施耐德曼说了一句他们都认可的话：“杰克，你和我有20分钟的时间去其他实验室找份新工作。”

几乎没有人对第七帧显示的内容有所准备，更不用说在接下来的十几幅照片中看到的内容了。系统工程师之一的诺姆·海恩斯（Norm Haynes）想：“天呐，这是月球。”照片中有许多陨石坑，都保存完好，这意味着这颗行星处于荒滞状态。地壳并没有被板块构造运动吞没，但更重要的是地表没有被潮起潮落侵蚀。保存完好的陨石坑意味着表面没有被重塑过，也没有任何类似于地球的水风化作用。就像月球一样，表面似乎从未出现过大量的液态水——没有降雨，没有海洋，没有溪流，没有池塘。

令人惊讶的是水手四号团队几天来一直没有公开发布这些照片，因为他们试图研究照片中景象的深层含义。最后，他们还是安排了一场新闻发布会。一直密切关注这个探测器的林登·约翰逊（Lyndon Johnson）在白宫主持了发布会。就在几个月前，他还将这次任务作为他就职演说的核心内容，对一个仍在遭受肯尼迪遇刺之痛的国家发表演说。他让人们想象搭乘火箭飞入太空后回首看向地球的样子，就像一个孩子的地球仪悬在太空中，各个大陆像彩色地图一样贴在地球仪的表面。他请他们想象自己的同伴在地球的一个点上，让他们意识到我们都有那么一瞬间与同伴们紧密待在一起。现在，有了水手四号传回的探测结果，地球上的那一个个点比以往任何时候都更加孤独和渺小。

7月29日，在水手四号飞越火星两周后，莱顿登上了白宫东厅的讲台。他解释了人类首次近距离观察火星时，是如何发现火星表面覆盖了大片陨石坑的。“一个深刻的事实……”他忧郁地说，脑袋微微向左偏了偏。他看着自己的笔记，上面记录了所拍摄的照片中的近七十个陨石坑，直径从5千米到125千米里不等。他俯身对着麦克风，描述了陨石坑的密集程度堪比月球。这是一个科学上令人震惊的事实。

林登·约翰逊看到这些照片后叹了口气，他说：“也许——也许它上面的生命……比我们许多人想象的都更加独特。”该探测任务搭载的仪器还显示，火星上的大气非常稀薄。火星上的大气压只有地球的4‰到7‰，这也解释了为什么流星在撞击到地表前没有燃尽。地球上的光谱仪探测到了微弱的二氧化碳气体信号，原本人们认为二氧化碳是一种含量很低的组成成分，但事实证明，它基本填充了火星的整个大气层。当时的火星地表温度为–100℃，非常寒冷，也没有发现任何保护性磁场的迹象。在整个拍摄过程中，这些图像里都布满了坑坑洼洼，直到拍摄镜头从火星表面移开。

火星是一个冰冷、严酷和荒芜的世界，这一景象超出了科学家们的想象，甚至超出了伟大的科幻小说家们的想象。“陨石坑？为什么我们没想到是陨石坑呢？”据报道，艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）在看到水手四号拍摄的照片后这样问他的一个朋友。这个星球的可能性已经没有了，我们所有的疯狂幻想都化为乌有。几个世纪以来，人类一直把火星想象成与地球相似的星球，但它遭受过大量陨石轰击，多次被毁坏，成了一片荒原。7月30日，《纽约时报》沮丧地宣布了那些在新闻发布会上努力争辩的内容：火星可能是一个“死寂的星球”。

[1]由于地球的大气层随着海拔的升高而变稀薄，因此很难准确地说出太空的界限从何处开始。美籍匈牙利裔科学家西奥多·冯·卡门最初将地球大气层和外层空间的边界描述为海拔约80千米的地方：“那里是空气动力学停止和宇宙航行开始的地方。”如今，国际航空联合会将卡门线定为海拔100千米。太空边界的界定对太空政策有着深远的影响，而且随着商业太空探索活动的增加，它将变得越来越重要。

[2]地球大气层的最外层。（译者注）

[3]围绕地球的高能粒子辐射带。（译者注）

[4]英制长度单位，1英里约等于1.6093千米。（译者注）

[5]一个支持星际任务、无线电通信、探测宇宙的天线网络，由NASA建立。（译者注）

[6]加利福尼亚的戈德斯通追踪站每天追踪水手四号12小时，剩下的时间由澳大利亚的铁宾比拉站和约翰内斯堡的一个站覆盖，后来被西班牙马德里以西60千米处的一个综合设施取代。

[7]苏联人对他们的太空计划守口如瓶。在无线电发射机失灵之前，“火星一号”已经飞行了6600万英里。虽然这条消息及时发布了，但是在西方，其他任务则是长期保密的。

[8]1957年11月3日，来自莫斯科街头的一只名叫莱卡的流浪狗登上了“史普尼克二号”，它是第一个进入太空的有知觉生物。莱卡在发射后几小时就因过热而死亡，1958年4月14日，太空舱重返地球大气层时被烧毁。第一批安全返回的生物是于1960年8月19日搭载“史普尼克五号”的。其中的两只狗被命名为贝尔卡和史翠卡。它们死后被制成标本，现存于莫斯科的宇航员博物馆。

[9]这是一个广为流传但未经证实的故事。

[10]当时，远程无线电通信是苏联人的致命弱点，而美国人在这方面占有优势。詹姆斯·哈福德（James Harford）是苏联早期太空任务的重要资料来源。

[11]1958年9月12日，“月神二号”第一次撞向月球。同年10月，“月神三号”第一次拍摄了月球背面的照片，这在当时是一个不可思议的壮举。第一次太空行走是在1965年3月18日，由苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫（Alexei Leonov）在“上升二号”上完成的，比埃德·怀特（Ed White）在“双子座四号”进行的太空行走要早了3个月。

[12]“伴侣号”与第一枚洲际弹道导弹是在同一运载工具上发射的，中间仅仅间隔了六周。

[13]“水手一号”也被设计计划飞往金星。它于1962年7月22日由阿特拉斯–阿格纳火箭、发射升空。在发射数据显示任务失败后不久，就发出了自毁指令。

[14]“水手二号”经历了约七次故障，又奇迹般地自动恢复，顺利从金星下方飞过，完成探测任务。（译者注）

[15]金星的发射窗口是584天一次，而火星是780天。金星的发射窗口比火星的更频繁，因为金星离地球更近，飞行时间更短，通信距离也更短。

[16]1960年，NASA决定将月球探测器按照陆地探测活动命名，而行星探测器将以航海术语命名，以表示“到遥远的地方旅行的感觉”。

[17]这些时期，火星和太阳在地球的对立面——火星和地球最接近的时候——排成一线，这被称为对位。

[18]最初，陀螺控制单元只有在老人星丢失的情况下才能被地面控制打开，但是在1964年12月17日发出的命令使其重新取得自动化权限。

[19]地球是绕着太阳转动而靠近火星的，所以当航天器到达火星时，它也绕着太阳转。

[20]这句话是巴德·舒尔迈尔（Bud Schurmeier）说的，尽管他不同意这一观点。

[21]在海蒂·阿斯帕图里安（Heidi Aspaturian）的书中可以找到莱顿早年生活和参与早期水手号任务的详细叙述。

[22]即格里·纽格鲍尔（Gerry Neugebauer），他在红外行星天文学的发展中起了关键作用。

[23]幸运的是，实地图像与他们所希望的路径一样接近，因为仅仅是1英里/小时的误差也会使火星上的飞行器偏移9000英里。

[24]虽然柯达公司直到20世纪70年代中期才研制出第一台带有CCD图像传感器的数码相机，但水手四号的相机是第一台以由0和1组成的长序列二进制编码传输图像的相机。

[25]火星的亮度变化大概可以达到50倍。尽管木星通常更明亮（即使是在近日点上）。在2003年8月的冲日期间，火星比夜空中除了月亮和金星以外的所有天体都要亮。

[26]在巴比伦，行星被认为是神的“翻译”，这使得牧师和天文学家仔细记录了行星的运动。后来，当巴比伦人的算术方法与希腊人的空间和几何想象相结合时，行星就被看作是围绕地球而做圆周运动，而地球是整个系统的中心。火星运行在一个大的本轮上，这就需要解释它每两年经历一次的大回圈，而且由于它回圈的大小不同，其本轮中心必须放在离地球中心偏外的地方。到了16世纪，哥白尼决定把太阳放在系统的中心，火星最大的本轮就不再需要了。因为很明显，这仅仅是一种透视错觉，是地球沿着自己的轨道绕太阳运行、追上并超过运行速度较慢的火星时产生的错觉。1609年，开普勒利用高度椭圆形的火星轨道，计算出了行星轨道的椭圆形，这是他漫长而困难的计算的基础，也是现代天文学最伟大的发现之一，而这一切都归功于火星。

[27]Perspicillsum意思是望远镜，是伽利略为自己设计制造的望远镜的专门命名。（译者注）

[28]伽利略直到1610年底才观测到火星。通过望远镜，他还发现了月球上的陨石坑和山脉、木星的四颗大卫星和银河系的恒星。

[29]伽利略甚至怀疑——尽管这是他所能计算的极限——火星显示出一个相位，使它看起来像一个小小的凸形卫星。

[30]当时世界上最好的伽利略望远镜将其放大了20倍，但当伽利略第一次观察到火星时，它离地球很远。

[31]例如伽利略在他的第一架望远镜中用作目镜的那种。

[32]1659年11月28日晚上，距离水手四号发射350年。

[33]英制长度单位，1英尺约等于0.3048米。（译者注）

[34]这个地貌现在被称为大三角高原，它的深色来自无尘玄武岩。

[35]实际的比例是53%。

[36]意大利天文学家乔凡尼·卡西尼（Giovanni Cassini）是当时另一位主要的火星观测者，他很快将时间调整为24小时40分钟。

[37]这就是所谓的色差。

[38]与此同时，天文学家有些绝望地试图用越来越长的折射望远镜来减轻色差问题。惠更斯试着把伸缩管完全省掉，把一个镜头装在一根高桅上，用一根固定在靠近地面的目镜架上的金属丝来控制它。当惠更斯寻找它的反射成像并调整镜头时，他的助手会拿出一盏灯来照亮镜头。惠更斯用长度分别为123英尺、170英尺和210英尺的航空望远镜进行了实验。他们花了很长时间才能对焦，周围都是散光。尽管他在火星探索之路上走了相当长的距离，但他对火星的观察并没有得到显著改善。与此同时，卡西尼正在一座老旧的木塔上架设100英尺和136英尺焦距的望远镜。这座木塔曾被用来从凡尔赛宫抽水，作为路易十四排水计划的一部分。为了防止他的助手们在黑暗中掉下去，这座塔在208层的顶部安装了楼梯和阳台。

[39]直到1722年，约翰·哈德利（John Hadley）才制造出与惠更斯的航空望远镜一样优质的反射器。那时，随着消色差透镜的发现，折射镜再次启用。这些复合透镜，燧石玻璃的凹透镜结合冕牌玻璃（光学玻璃的一种）的凸透镜一起使用，允许一个透镜产生的色差很大程度上由另一个透镜补偿（至少在一定的波长范围，包括眼睛最敏感的黄光）。好的消色差镜头在18世纪中期开始使用，但是它们很贵，正是它们昂贵的费用导致赫歇尔建造了反射镜。

[40]卡罗琳·赫歇尔（Caroline Herschel），她本身就是一位很有成就的天文学家。她是英国皇家天文学会的荣誉会员，并在96岁时被普鲁士国王授予科学金奖。

[41]卡西尼和惠更斯也观察到了极地冰盖。