美国水手4号火星探测器成功拍摄火星特写照

任何一个成功的太阳系起源与演化假说都需要解释行星系统的整体结构。除此以外，它还要解释各天体的性质，包括表观特征（如月球表面的环形山）和行星的内部情况。数百年来，天文学家们能够用来支撑其理论研究的材料少之又少。在望远镜下看，太阳系大部分天体小得只能看到一个个光圈和光点。即便是在科技如此发达的今天，世界上最精密的望远镜拍摄的影像数据还是不及航天器掠拍的更加精细。

太空时代的来临是太阳系观测史上一个重大的分水岭。借助太空飞行技术，宇航员登上月球并带回382千克月岩，极大地推动了人类对地球这位最近的邻居的研究。太空任务让许多从地球上只能看到模糊影像或渺小光点的天体变得更加清晰，实现了对它们的地图绘制、探测和科学调研，为人类的研究提供了大量全新的数据。

美国“水手4号”（Mariner 4）火星探测器证明了太空探测无可替代的优势。1964年11月，“水手4号”搭载着1台电视照相机和6台科学仪器从美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角发射升空。如果一切进展顺利的话，它将拍摄出除地球和月球以外的太阳系天体的第一张特写照，并对其进行测量。在它之前，为了一睹这颗红色星球的芳容，美国及苏联已经先后发射过6枚火星探测器，其中包括与“水手4号”一脉相承的“水手3号”（Mariner 3）火星探测器，但很遗憾均以失败告终。没有人知道“水手4号”是否也会遭受同样的命运。

1965年7月，“水手4号”终于近距离接近火星，上至科学家下至普通民众无不密切关注着它的最新动态。火星是太阳系中唯一一颗天文学家从地球上能看到其表面的岩质行星，它在望远镜下的影像简直模糊得可怜。天文学家已经知道火星两极和地球一样被冰雪覆盖着，它的表面分布着一些明暗交替的区域，但这些区域需要近距离才能看清。许多人对火星寄予厚望，认为它可能是另一个地球，只是温度和体积要更低一些。珀西瓦尔·洛厄尔（Percival Lowell）是一名美国商人兼业余天文学家，他曾经在19世纪末提出一个更加大胆但饱受质疑的猜测，即那些横亘在火星表面的明暗条纹是火星文明建造的运河网络。尽管洛厄尔的猜想听起来异想天开，但科学家的确在严肃考虑火星上存在生命（特别是植物）的可能性。寻找太阳系地外生命的希冀是NASA（美国国家航空航天局）原始行星探索项目背后的主要动力，也为NASA获得了很多公众及政治支持。

1965年7月14日和15日，“水手4号”于9846千米处近距离掠过火星，并拍摄了22幅模糊的黑白电视图像，它们被保存在磁带记录器中并随后被传回了地球。这些模糊的图像成了火星的第一批快照，虽然只拍到火星表面的1%，但已经产生了轰动性效应。当时一名记者曾这样赞叹道：“它简直和伽利略发明望远镜从而发现月球表面凹凸不平一样伟大。”(www.xing528.com)

随着火星的电视图像被传回地球，从20世纪开始盛传的火星和地球是一对“孪生兄弟”的这一幻想终被打破。事实上，火星表面非常不平整（图1-3），这更容易使人联想到荒凉的月球，而不是地球。经测量，火星表面的温度为-100摄氏度，大气压强还不足地球的1%，这些数据直观地反映了火星环境与地球非常迥异，严酷而陌生。虽然“水手4号”拍到的凹凸不平的火星地形后来被证实无法代表火星的整体情况，但它还是彻底推翻了太空时代来临前人们对火星的种种臆测。虽然按照目前情况来看，在太阳系找到生命的希望非常渺茫，但我们仍然有继续深耕的理由。如果说对火星的探索已经带来了这么多新发现，那么其他行星和卫星又能给我们带来怎样的惊喜呢？

图1-3　“水手4号”火星探测器在1965年7月传回的一幅火星图片。可以看到，图片的大部分是一个模糊不清的坑洞，该坑洞的直径为151千米，后来该探测器被命名为“水手谷”（图片来源：NASA/JPL）

截至本书英文版出版时（即2012年），航天器已经飞掠过太阳系的八大行星。借助轨道航天器，我们绘制出了金星、火星和月球的详细地图，并进行了深入研究；此外，木星、土星及它们的环系和卫星也有所涉及。2011年，美国“信使号”（Messenger）水星探测器成功进入水星轨道，并对这颗距离太阳最近的行星做了类似的探测。其后，各种机器人探测器也陆续登上了金星、火星以及土星最大的卫星土卫六（Titan），将拍摄到的图像和收集的数据传送回地球，宇航员还从月球带回了样本。不仅如此，多艘宇宙飞船还造访了多颗小行星和彗星，如NASA的“新视野号”（New Horizons）探测器计划进入柯伊伯带，在2015年时接近冥王星^[2]。借助空间任务、哈勃空间望远镜和新一代地面望远镜，科学家们终于有机会深入比较各行星，进而回答有关行星形成的一些基本问题。