觀星，是我國古代預知福禍的重要占卜手段。占星師們發現火星的亮度不一，行蹤複雜，多變難測，遂有「熒熒火光，離離亂惑」之感，「熒」與「惑」是古人對火星形態與狀態的最直接描繪。因為無序，在古代星學中，火星代表着戰爭、災難、飢饉等，是為災星。《史記．天官書》云：「熒惑為孛，外則理兵，內則理政」。「熒惑守心」更被視為大凶之兆。

不僅在中國，古埃及、古巴比倫、古希臘和古印度，世界各地的早期文明均仰望星空，向這顆紅色星球投去了他們的目光。人類對火星的關注開始得很早，且從未間斷。

火星，2007 年 2 月「羅賽塔號」探測器（Rosetta）拍攝（圖片來源：ESA）

我們從哪裡來？我們將去哪裡？

「我們從哪裡來，我們將去哪裡？」這是香港大學地球科學系劉嘉成博士被問及火星研究意義時所給出的答案。

「『我們來自於哪？』就是生命起源的問題。」早期的火星與地球地質環境極為相似，「早期火星可能保留了『健忘』的地球的童年記憶，甚至是地球生命起源的信息」。

「早期火星具有宜居性。火星是我們的鄰居，如果火星上都有生命的話，那麼生命在宇宙當中可能是一個常態。如果生命真的存在，即使是非常原始的狀態，即使是現代火星沒有，早期火星有，那就說明其它星體上都很有可能有生命。」反而言之，「如果火星上沒有生命的話，那麼我們還是會再思考，生命的形成到底是需要哪些條件？為什麼地球上有生命？我們人類到底是否是孤獨的？其它星球上是否真的可能有生命？」為此，人們不遺餘力地搜尋着火星上曾存在生命的證據。

可是，「我們很難通過地球的地質記錄去研究地球生命起源時期的情況，因為關於早期地球的記錄太少了。由於地球上有板塊作用和變質作用，這些古老的記錄都消失了，很難找到。」劉博士繼續解釋，「但四十億年前那個時候的火星，（直到現在）它上面有很多記錄是很好保存下來的，我們可以直接去研究。」

2006 年「維京 1 號」（Viking 1）着陸器拍攝首張火星地表全景圖（圖片來源：NASA）

我們未來能否移居火星？我們人類將會去往哪裡？火星與地球的相似性為探究地球演變規律、人類未來發展帶來了可能，火星也或將會是人類成為多行星物種的第一站。

尋找生命

火星表面的成分和地貌研究均表明早期火星存在過廣泛而强烈的液態水活動。液態水的存在指示早期火星具有宜居性。

關於液態水，劉嘉成博士向我們解釋，「早期火星表面的液態水活動誘導成土作用的發生，從而形成富集含水礦物的古土壤。」對古土壤剖面的研究發現，火星表面的液態水的存在時間相對較長，至少有百萬年的尺度。

「隨着火星演化，表面溫度慢慢降低，液態水之後是以水冰為主導。零度左右的波動會誘導季節性凍融作用的發生。」凍融這個過程可能是火星地表早期除了水之外，最主導的一個與水相關的過程。這也可能是長期以來被學界忽視，但是是一個非常重要的地質過程。

2004 年火星探測車「機遇號」（Opportunity）發現赤鐵礦物藍莓石（圖片來源：NASA）

2012 年火星探測車「好奇號」（Curiosity）在火星發現河流沉積物，這些露頭的卵石表明曾經溪流中奔流着強勁水流。（圖片來源：NASA）

劉嘉成博士也是香港大學 Joseph Michalski 博士帶領的行星光譜與礦物學實驗室（Planetary Spectroscopy and Mineralogy Laboratory）的一員。實驗室的工作集中在三個方向：火星氣候變化和化學風化作用、行星火山活動和天體生物學。行星礦物學是貫穿這三個方向的主線，地質學出身的劉博士在此方向上能充分發揮其所長。火星表面的凍融現象就是他近期的重點關注對象之一。

劉嘉成博士（圖片來源：受訪者提供）

凍融指在冷凍和融化的交替過程中，形成的物體冰態與液態相互變化的情況（圖片來源：本中心）

劉博士進一步闡釋：「更多人將凍融理解為物理過程，但是其實它可能會導致水岩相互作用，令化學反應發生，改造火星表面的化學成分和礦物成分。」 

美國的火星車通過原位探測的形式獲取了礦物和地球化學數據，這些數據無論用什麼模型都難以全面準確解讀，「但我們發現用季節性凍融可以解釋很多之前難以解釋的岩石結構、礦物種類以及化學成分，我們目前在做的就是構建這樣的概念模型。」未來，他可能會做一些實驗，希望在不同溫度、pH 環境下檢驗凍融的概念模型。

當談到科學家們遠在千萬里之外，如何進行火星研究時，劉博士概括了四種主要方法。遙感／光譜學是火星研究的重要方法，也是行星光譜與礦物學實驗室最主要的研究手段。

人類的可見光波長範圍一般在 400~780nm，利用光譜學和遙感技術，人類的視野能變得更加寬廣。劉博士為我們介紹，「我們這個光譜它是更廣的範圍，可能從 400~2500nm，甚至 4000 多 nm。它可以看到很多我們肉眼看不到的東西，可以做相對量化的工作，同時也可以限定礦物的相對含量，礦物的化學成分。結合地質背景和地貌信息，有可能會限定這種礦物質的成因。」

高光譜遙感技術探測，火星隕石坑壁風化殼的三維視圖顯示，富鐵紅色調岩石位於鐵缺失的藍色調岩石之下（圖片來源：香港大學）

除卻光譜技術，類比研究也是其中一種方法。「我們只有很少的火星樣品，就是隕石樣品，而且有很多問題是無法通過少數的隕石樣品來解決。我們就通過對比研究的方法，就是在地球上類似的環境采集樣品，比如說柴達木盆地，在實驗室用相應的方法直接研究。」

再則是模擬，用計算機模擬模型假設可能發生的各類情況，「例如早期火星溫室效應機制的模擬」，或是在實驗室模擬類似環境，觀察礦物岩石的化學或物理變化。 

「第四種方法就是火星車，現在人類還去不了（火星），我們可以把一些儀器送上去，送一輛車把儀器帶上去，然後探測原位數據，這些儀器跟我們實驗室的儀器差不多，可以把數據傳回來。」劉嘉成博士和其所在實驗室的成員們正在研究 NASA「好奇號」和「機遇號」火星車以及我國「天問一號」的火星探測任務所原位採集的科研數據，以構建火星表面水和水冰演化歷史。

109.9°E．25.1°N

如何讓火星車找到合適的降落地點並保證火星考察車順利開展工作，科學目標的約束與工程約束，是考察車着陸區選址的兩個重要考慮角度。

科學目標的約束，是指通過對可着陸區域判斷，擇定具有高探索價值的選區。通過判斷生命的起源條件和生命標誌物的保存條件，提供有可能宜居的、生命出現概率比較大的選址。

在人類探索火星的歷史上，不少探測器曾不幸「一頭撞死」在火星上，探測器安全成功降落是火星探測任務最關鍵的環節之一。這需考慮工程約束，例如着陸區光照、通信條件、着陸的高程、着陸面坡度、緯度等等。

為保證降落安全性，着陸點附近地勢平坦是很重要的一個前提。

香港理工大學土地測量與地理資訊學系副系主任、深空探測研究中心副主任吳波教授團隊，是「天問一號」着陸區選址任務中的一大主力。他們一直致力於創新的三維地形測量技術與智能化的地貌分析技術研發，此前已多次參與國家一系列航天重大任務，研究成果也被廣泛應用於「嫦娥三號、四號、五號」月球探測任務。

吳波教授（圖片來源：受訪者提供）

「進行圖像處理，製作三維地形模型，分析數以百萬計的石塊、數以十萬計的隕石坑，找出所有對着陸帶來風險的不確定因素。」吳波教授在受 China Daily 採訪時回憶當時團隊所要做的工作及所面臨的巨大壓力 —— 2021 年 5 月後，火星由於受到沙塵等的影響，着陸的條件會變差，因此他們需要配合「天問一號」任務團隊在 5 月初決定着陸點選取的結果，3 月到 5 月，時間很有限。吳教授團隊的博士生陳龍形容當時的情況，「那個時候火星衛星發回的消息是源源不斷的，會持續不斷地發回着陸區附近的遙感影像，拿到手就要處理，拿到手就要處理」，「幾乎是二十四小時待命」。

吳波教授及其團隊（圖片來源：受訪者提供）

北京時間 2021 年 5 月 15 日 7 點 18 分，中國探測着陸器「天問一號」成功着陸在預選着陸區，火星北半球烏托邦平原南部。坐標 109.9°E．25.1°N。

吳波教授及其團隊協助國家航天部門為「天問一號」探測器分析選取着陸點，獲國家工業和信息化部、國家航天局等六部委表彰。圖為理大校長騰錦光教授祝賀吳波教授獲獎（圖片來源：受訪者提供）

星星之火

2021 年 6 月 1 日，仿佛母雞下蛋，「天問一號」着陸器攜帶的火星車「祝融號」將分離相機「下」在離着陸平台南邊約 10 米處，之後吭哧吭哧走回了着陸平台旁，轉身立定。分離相機拍下了「祝融號」和着陸平台的首張合影，合影被命名為「星火燎原」。

「祝融號」火星車與着陸器在火星表面合照，由分離相機拍攝（圖片來源：中國新華社）

星火之勢，燎至香江。2021 年 6 月 27 日至 7 月 9 日，「時代精神耀香江」之百年中國科學家主題展暨月壤展覽在香港會展中心舉行。地球上，也有數千人通過「月球、火星着陸區虛擬實境互動體驗系統」完成了他們的火星或月球的漫步之旅。

這套互動體驗系統由吳波教授團隊研發，陳龍是系統的研發主力。着陸區選址任務為系統開發累積了豐富的素材。團隊想到，他們日常做的都是三維地形測量、地貌分析等一些用電腦處理的工作，很難去給公眾展示或理解他們在做什麼，因此，他們想開發一個虛擬實境互動體驗系統，「希望能有一個方式讓社會公眾在日常生活忙碌之餘，有機會看一眼塵世之外，看一眼無垠的宇宙」。他們利用月球與火星實際高解析度遙感影像，生成着陸區高精度、高解析度的三維數字地形模型與數字正射影像，進而生成着陸區的三維虛擬實境。

月球火星虛擬實境系統在香港會展（圖片來源：受訪者提供）

「有很多人可能今天看了，覺得沒看過癮，然後第二天早早八點就來排隊，非要八點半第一個入場再看一遍，下午又來看一次，要把每個場景都看一遍」，「還有的人戴着 VR 眼鏡跳舞、打太極，『我在火星上打太極啦』，一群人在邊上圍着看，都很開心的那種感覺。」博士生陳澤宇分享了展覽期間的趣事。陳龍笑着說：「我還收穫了一個小迷弟，最後一天的時候來找我簽名。」

2022 年 12 月 3 日起，這套系統成為香港太空館的常設項目。「未來我們希望能在大灣區更多的城市推廣航天科普」，吳波教授期望能讓更多社會公眾了解國家在航天事業取得的偉大成就，讓更多青年人放眼宇宙，迎接航天大時代的到來。

人類終將離開自己的搖籃

中國航天將繼續朝着深空邁進。

2028 年，中國將實行「天問三號」火星探測任務，希望將火星樣品采回。2040 年，中國將實現載人登錄火星。2050 年，中國將建立火星科研站。

「我們更多的是服務於國家」。香港理工大學與香港大學的研究團隊也正參與到「天問三號」任務中來。香港理工大學團隊積極配合國家航天部門，參與即將進行的「嫦娥七號」月球南極勘察任務和「天問二號」小行星採樣返回探測任務。

 

 

這些研究人員和青年學生們期待着為中國未來航天事業發展貢獻更多的香港力量。

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