到2035年，美国国家航空航天局（NASA）计划借鉴"阿耳特弥斯"计划中月球任务的经验，探索火星。本次火星任务将研究火星的地质、大气条件和潜在的生命迹象，并利用载人月球任务中获得的洞察力作为准备步骤。

火星任务概述

美国国家航空航天局（NASA）计划最早在 2035 年将人类送往火星进行科学往返旅行。 这次旅行单程大约需要六到七个月，单程最长2.5亿英里（4.02亿公里）。 宇航员可能会在地球表面停留多达 500 天，然后返回地球。

美国宇航局的阿耳特弥斯计划预计在本十年内让人类重返月球，为最早在 2030 年代执行火星任务进行练习和准备。 NASA执行如此雄心勃勃的任务有几个原因，其中最大的原因是科学探索和发现。

调查火星之谜

我是一名大气科学家和前美国国家航空航天局（NASA）研究员，参与了确定火星任务将调查的科学问题。 在这颗红色星球上有许多谜团需要研究，包括火星为什么会呈现出今天的样子，以及火星在过去或现在是否曾经孕育过生命。

美国宇航局火星探测漫游车"机遇号"上的全景相机（Pancam）最近拍摄的一个场景是一个被称为"圣路易斯精神"的拉长陨石坑，坑中有一个岩石尖顶。 图片来源：NASA/JPL-Caltech/康奈尔大学/亚利桑那州立大学。

来自火星的地质启示

从地质和大气层的角度来看，火星是一颗引人入胜的行星。 它与太阳系的其他部分在大约46亿年前形成。 大约 38 亿年前，也就是地球上生命形成的时间，早期的火星非常像地球。 它的表面有丰富的液态水，以海洋、湖泊和河流的形式存在，并拥有密度较高的大气层。

虽然今天的火星表面完全没有液态水，但科学家们已经在火星表面发现了过去那些湖泊、河流甚至海洋海岸线的证据。 火星的南北两极都被冰冻的水覆盖着，表面还有一层薄薄的冰冻二氧化碳。 在夏季的南极，二氧化碳薄层会消失，露出冰冻的水。

研究火星可以让研究人员更多地了解太阳系的形成。 资料来源：NASA/ESA、J. Bell（康奈尔大学）和 M. Wolff（SSI）

今天，火星的大气层非常稀薄，约 95% 为二氧化碳。 它充满了来自地表的大气尘埃，这使得火星大气呈现出特有的红色。

通过派出机器人执行任务，科学家们对火星表面有了一定的了解，但仍有许多有趣的地质特征有待更仔细地研究。 这些地貌可以告诉研究人员更多有关太阳系形成的信息。

火星的南北半球看起来非常不同。 火星表面约有三分之一的区域（大部分位于北半球）海拔较低，为 2 到 4 英里（3.2 到 6.4 公里），称为北部低地。 北部低地有几个大陨石坑，但相对光滑。 火星南部三分之二的区域被称为南部高地，有许多非常古老的陨石坑。

火星还拥有太阳系中科学家观测到的最大的火山。 火星表面遍布深坑，这些深坑是火星早期历史中发生的小行星和流星撞击造成的。 派遣宇航员研究这些地貌可以帮助研究人员了解火星早期历史上重大事件是如何以及何时发生的。

火星上的火山比地球上最高的山脉都要高。

开发火星研究问题

美国国家航空航天局（NASA）成立了一个名为"人类探索火星科学分析小组"（Human Exploration of Mars Science Analysis Group）的小组来规划未来的任务。 我与美国宇航局科学家詹姆斯-B-加文（James B. Garvin）共同担任该小组的主席，负责制定和评估有关火星的关键科学问题。 我们想弄清楚哪些研究问题需要人类任务来解决，而不是成本更低的机器人任务。

小组就人类在火星上进行调查的几个重要科学问题提出了建议。

其中一个问题是火星上是否存在生命。 请记住，地球上的生命形成于大约 38 亿年前，当时地球和火星的外形相似，都有丰富的液态水，而火星的大气层密度更大。

另一个问题是，是什么样的环境变化导致火星失去了其表面广泛而丰富的液态水以及部分大气层。

这些问题以及小组提出的其他建议被纳入美国国家航空航天局将人类送上火星的架构计划。

通往火星的技术路径

为了将人类送往火星并安全返回地球，美国国家航空航天局开发了一种名为太空发射系统的新型大功率运载火箭和一种名为猎户座的新型载人飞船。

为了准备和训练宇航员在火星上生活和探索火星，美国国家航空航天局制定了一项人类重返月球的新计划，名为阿尔忒弥斯计划。

在神话中，阿尔忒弥斯是阿波罗的孪生姐妹。 阿尔忒弥斯号宇航员将在月球上生活和工作数月，为在火星上生活和工作做准备。

阿尔忒弥斯计划会将人类送回月球，预计最终将人类送上火星。

2022 年 11 月 16 日，太空发射系统和猎户座成功发射，这是阿尔忒弥斯一号任务的一部分。 这是"阿尔特米斯"计划首次向月球进行无人驾驶飞行，到达月球后，猎户座围绕月球运行了六天，最接近月球表面80英里（129公里）。

阿耳特弥斯一号在完成140万英里（220万公里）的处女航后，于2022年12月11日返回地球。

阿尔忒弥斯III是人类首次返回月球表面的任务，计划于2026年完成。 阿耳特弥斯号"宇航员将在月球南极着陆，科学家认为那里可能有大量冰状地下水，宇航员可以开采、融化、净化并饮用。 阿耳特弥斯号宇航员将在月球表面建立栖息地，并用几个月的时间探索月球表面。

由于月球距离地球只有 24 万英里（38.6 万公里），它将成为未来人类探索火星的训练场。 虽然火星任务还需要很多年才能完成，但阿耳特弥斯计划将帮助美国宇航局开发探索这颗红色星球所需的能力。

作者：Joel S. Levine，威廉玛丽学院应用科学系研究教授。改编自最初发表在 The Conversation 上的一篇文章。