「水手9號」：第一顆人造火星衛星的故事
1971年5月30日，「水手9號」發射升空。這是人類第一顆火星軌道器，它的探測結果，顛覆了我們對於這顆紅色星球的認識，並為未來的火星探測打下基礎。
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「水手9號」探測器/NASA
此時此刻，在火星軌道上，有多達6顆探測器正在圍繞火星運行，包括3顆美國探測器，2顆歐洲探測器以及1顆印度探測器。
但如果向前追溯，人類第一顆進入火星軌道的探測器，同時也是人類圍繞其他行星運行的第一顆探測器，是上世紀70年代初的「水手9號」。它於1971年5月30日發射升空，並在同年11月份抵達火星。這顆探測器的探測結果，顛覆了我們對於這顆神秘紅色星球的全部認識。
「水手9號」圍繞火星的運行軌道，圖中可以看到火衛一（Phobos）和火衛二（Deimos）的軌道/NASA
「水手9號」的相機拍攝了大量火星地表圖像，包括一些著名的「地標性」景物，包括火星的極冠，水手峽谷，以及火星的兩顆小衛星「福波斯」以及「德莫斯」，它還注意到火星表面存在遠古水流的痕迹。
「水手9號」一直運行到1972年，任務持續了大約一年多的時間，但它傳回的大量圖像和數據讓美國宇航局得以有把握地在四年之後執行更為大膽的火星探測計劃：海盜一號和海盜二號。
/前赴後繼
"水手4號"探測器，這是人類第一顆飛過火星附近的人類探測器/NASA
在「水手9號」之前，NASA已經執行過幾次火星探測計劃，但那些都是飛掠探測。在行星探測的早期階段，美國宇航局的策略是每次都發射「一對」探測器，以便確保一旦有一個出現問題，另一顆探測器能夠接過火炬繼續前進。
1965年，水手4號成為首個飛掠火星的探測器，拍攝了首張近距離的火星地表圖像，而它的姊妹飛船「水手3號」在發射時爆炸失敗了。
四年之後，「水手6號」和「水手7號」僅僅間隔幾天時間先後飛過火星。「水手7號」甚至還首次拍攝了火衛一「福波斯」的照片。
1965年，水手4號探測器傳回的最清晰火星圖像，可以看到遍布的撞擊坑，顯然這是一個荒蕪的世界。這對於當時很多幻想著火星生命的人們來說是一次重大打擊/NASA
這些都是相當成功的任務。然而，要想更進一步加深對於火星的了解，科學家們需要長期的連續觀測，更詳細了解火星上的季節變化，大氣，磁場和地表情況。
NASA在「水手8號」和「水手9號」上增加了更多載荷，它們計劃成為第一批人造火星衛星。由於軌道器的任務時間相比飛掠探測要長得多，因此它們還需要攜帶更多燃料，安裝更強大的發動機。於是，這兩顆探測器的質量幾乎相當於水手6號和7號的兩倍。
廠房內的「水手8號」，很遺憾，這顆探測器在發射時由於火箭故障而未能成功/NASA
「水手8號」先行出發，1971年5月9日發射，但不幸的是，這次任務的壽命只有短短的6分鐘：由於火箭上面級主引擎故障，這顆探測器的命運是一頭墜入波多黎各島以北大約560公里的大西洋上。
緊接著，1971年5月30日，「水手9號」接替升空。這一次，這艘飛船成功抵達了太空，朝著火星飛去。
/未來火星計劃的奠基者
火星的全球性沙塵暴非常恐怖。這兩張圖片比較了火星正常情況（左圖）和爆發全球性沙塵暴時的情況，根本無法看清地面/NASA
在太空飛行167天之後，水手9號於1971年11月14日抵達火星。它的主引擎點火15分鐘進行減速，最終成功進入了圍繞火星運行的軌道——這是NASA歷史上的一個偉大時刻。
不過，在太空里，事情很少能夠完全按照計劃發展，「水手9號」現在已經做好了拍攝圖像的準備，但是火星本身卻出了問題——就在「水手9號」飛向火星的途中，這顆紅色星球上從9月份開始出現劇烈的全球性沙塵暴天氣，很快就覆蓋了整個星球，從軌道上根本無法看清地表。
「水手9號」眼中的「奧林匹斯火山」，這是太陽系最高，最大的山峰——一座死火山/NASA
藝術家畫筆下的「奧林匹斯火山」/NASA
其實這本身就是一項發現——天文學家此前就懷疑火星上存在著這樣的「超級沙塵暴」，但是這是他們第一次有機會直接觀察到這種場面。
不過，這也意味著NASA現在必須等待。在瀰漫全球的沙塵之中，「水手9號」看到幾座巨大的火山突兀地聳立著，那是火星塔爾西斯高原上的三座大型火山，以及更加巨大的「奧林匹斯火山」，這是太陽系中最大，最高的火山。
「水手9號」拍攝的火星塔爾西斯高原上的一座巨大火山/NASA
直到1972年1月份，這場曠日持久的沙塵暴才逐漸平息下去。當面紗最終揭去，人類目睹的是一個充滿變化和多樣性的星球。
透過「水手9號」的「眼睛」，NASA的科學家們看到了古老的河床，撞擊坑，巨大的死火山，峽谷，極地沉積物，沙塵暴，冰晶雲，還有皚皚的白色晨霧。
「水手9號」拍攝的火星地表乾涸河床/NASA
扇狀水系，可以想像當年火星上的河網縱橫/NASA
目睹此情此景，火星上是否曾經存在過生命的問題再次凸顯出來了。而很顯然，要想回答這些問題，最好的辦法是向地面上發射著陸器。正是基於「水手9號」的探測結果，確保了後續「海盜」號著陸計劃的圓滿成功。
而我們的主角「水手9號」，它在一年左右的時間裡圍繞火星運行，傳回了7329張照片，拍攝區域覆蓋了火星表面80%的區域。
/巨大的峽谷，以及水手9號的命運
「水手9號」探測器拍攝的「水手谷」圖像，這是太陽系最大的峽谷/NASA
「水手9號」最大的發現是火星上一條綿延超過4000公里的超級大峽谷，這幾乎是美國科羅拉多大峽谷的10倍，深度超過7000米。這條超級裂谷切割了火星幾乎1/4的周長。
這個巨大的峽谷後來被以「水手9號」的名字，命名為「水手谷」（Valles Marineris）。後來的幾十年時間裡，科學家們一直為這個超級峽谷的成因爭論不休，但其中至少有一個研究小組認為這個峽谷的形成可能與火星上的板塊運動有關。
水手峽谷與美國大陸的大小對比。左側可以看到塔爾西斯高原上的三座巨大火山/NASA
藝術家畫筆下的「水手峽谷」，它究竟是如何形成的？與板塊運動有關嗎？/NASA
「水手9號」還傳回了火星南極的圖像，那裡的沉積層顯示火星歷史上曾經擁有不同的氣候環境。在那之後，NASA一直持續關注火星極地研究，後續的「火星全球勘測者」（MGS），「2001火星奧德賽」，以及「火星勘測軌道器」（MRO）都對火星極地開展了詳細觀測。
除此之外，「水手9號」還在火星表面發現了大量蜿蜒的乾涸河道，很顯然這是過去流水留下的痕迹，它還獲取了更加近距離，因而更為清晰的火衛一和火衛二圖像。「水手9號」的探測結果顯示，火星是一個快速變化的世界。
「水手9號」拍攝的火衛一（「福波斯」）圖像/NASA
在軌道上運行差不多一年時間後，「水手9號」用於進行軌道維持的氣體幾乎耗盡了。1972年10月27日，NASA最終決定關閉這艘飛船。至今，「水手9號」還在火星軌道上安靜，沉默地飛行著，只是它的「體溫」已經和宇宙空間背景成為一體。
NASA預測，由於軌道高度較高，「水手9號」可能會一直運行到至少2022年，在那以後的某一天，這顆小小的探測器將會墜入火星大氣層，粉身碎骨。
編者按：
《天文史上的今天》欄目是老嚴的一次個人歷險，試圖通過堅持365天，完整記錄一年中每一個日子在人類漫長的天文歷史中留下的印記。
辛苦了。
文/老嚴編輯/懷塵
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