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从地球出发的伟大旅程 | 科学世界·星际征途

2026-03-05 13:51

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

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人类对未知世界的探索从未停止。远古时代人类走出非洲，便开始了对陆地疆域的拓展，足迹遍布全球除了南极洲以外的所有大陆。中世纪晚期开始的大航海时代，正式启动了现代意义上人类对地球的全面探索，促进了人们在多个领域的认知和科学技术的快速发展，为近代科学和工业革命奠定了基础。从远洋贸易航线的开拓到全球航海图的绘制，从造船技术的提高到天文观测和导航技术的发展，从生物多样性的发现到进化论，从地理大发现到板块运动理论，无一不与大航海时代密切相关。站在现代科技的光环中回首大航海时代，500多年前的人类，使用极其简陋的设备和技术，在波涛汹涌广袤无际的大海上，驾着一片片现在看来像舢板一样的船只，不畏艰险，义无反顾，前仆后继，完成了如此辉煌的壮举。

始于20世纪50年代晚期的深空探测，标志着人类对未知疆域的探索从地球进入了太空。从斯普特尼克1号进入太空到阿姆斯特朗在月球留下足迹，从金星1号离开地月空间到旅行者1号飞出太阳系，从新视野号飞掠64亿千米以外的天体到隼鸟号和奥西里斯王号带回小行星样品……走出地球，进入太空，穿梭往来于太阳系星球之间，或许定居其他星球，甚至向更加遥远的银河系空间进发。那时，回首今天的探索，人们同样会感慨，我们今天的飞行器设备和技术，一如500年前大航海时代的航船设备和技术一样简陋初级；我们今天在充满未知的太空中的航行同样充满凶险，充满挑战。但是，今天的星际探索，也必然像大航海时代一样，给人类的文明、科学和技术带来巨大的推动，为人类的未来拓展更大的疆域、更加广阔的空间。

这便是我们这个时代的星际征途。

专栏主持人：李荐扬

旅行者号（艺术效果图）

人类对探索的渴望与生俱来。纵观历史，探索凝聚了人类的才智，推动了技术的发展。自太空时代开启以来，各国航天任务不断拓宽人类对宇宙的视野。目前，从地球发射的航天器已造访了太阳系内的所有已知行星、它们的主要卫星，以及一定数量的矮行星、小行星和彗星，获得了这些目标的近距离照片，并在一些星体上对土壤和大气进行了测量，甚至获取了来自月球、3颗小行星和1颗彗星的样品。

第一个进入太空的人类飞行器是苏联的卫星斯普特尼克1号（Sputnik 1）。它于1957年发射，成功绕地球运行。1959年，美国探测器探险者6号（Explorer 6）成为第一个从太空拍摄地球图像的卫星。仅仅10年后的1969年，宇航员尼尔·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）在月球上留下了第一个足迹。

如今，全球每年都会发射数个探测器以探索遥远的世界。太空探索已进入一个以快速技术进步和国际合作增强为特征的新纪元。中国、印度和阿联酋等国家的航天机构也陆续开展了雄心勃勃的行星探索任务。尽管航天领域的竞争充斥着政治博弈和意识形态竞争，但是这些航天任务也实实在在地加深着我们对太阳系和宇宙的认知。

人类对太阳系的探索，是一部跨越技术创新与科学突破的壮丽史诗。从20世纪中叶第一颗人造卫星的发射到如今大量而复杂的深空探测任务，我们在此简要回顾人类的行星探测历史。

✦ 太空时代的开端

太空时代的黎明由两个大国之间的声势浩大的竞争拉开序幕。在冷战的紧张局势中，苏联和美国陷入了一场被称为“太空竞赛”的激烈竞赛。两国在太空探索上投入了大量资源，从而推动了这一领域的快速发展，完成了许多“首次”。1957年10月4日，苏联发射了斯普特尼克1号，开局占先。随后，1961年，尤里·加加林成为首位进入太空的人类，这不仅是人类航天史的重要里程碑，也为今后载人探索其他行星奠定了基础。

主要的早期太阳系探测任务包括月球计划（Luna）、金星计划（Venera）、先驱者计划（Pioneer）、旅行者计划（Voyager）、水手计划（Mariner）和阿波罗计划（Apollo）。这些任务首次近距离观察了月球、金星和火星。

1966年，苏联的月球9号成为第一艘在月球表面实现软着陆的探测器，它传回了首批来自月球表面的清晰图像。同一时期，美国迅速推进阿波罗计划，1969年，美国的阿波罗11号实现了人类首次登月。阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林（Buzz Aldrin）在月球上停留了21小时，收集了21.5千克的月岩和土壤样本。阿波罗11号不仅将人类首次带到了地球以外的天体，也在科学上极大地推动了月球的起源和地质演化历史等方面的研究。

在月球探测取得进展后，人类开始将目光转向更加遥远的行星。1962年，美国的水手2号成功飞掠金星，成为第一艘完成行星飞掠的探测器。它测量了金星表面的温度，首次确认金星大气层的二氧化碳含量高且极端炽热。这一任务揭示了金星与地球环境的巨大差异，为进一步探测提供了科学依据。苏联于1961～1984年实施的金星计划旨在实现行星探测的多个“首次”，成功实现了：航天器首次进入另一行星大气层；探测器首次软着陆在另一行星表面；首次从另一行星表面传回图像，展示了苏联在星际探索中的科学与工程能力。

同样在20世纪60年代，水手4号于1965年飞掠火星，传回了首批火星表面照片。尽管这些图像显示火星表面布满了撞击坑，未见任何水的迹象，但它激发了人类对这颗红色星球进行更加深入的探索的兴趣。在随后的几年中，苏联发射了数个火星计划探测器，虽然大部分任务因技术问题未能完全成功，但仍为火星的环境和大气数据提供了早期参考。

1973年，美国的先驱者10号成为首个飞掠木星的探测器，为人类揭开了外太阳系探索的序幕。它测量了木星的强磁场、辐射带，并拍摄了木星及其卫星的第一批近距离照片。

1977年发射的旅行者1号和2号是美国航天局（NASA）最雄心勃勃、最成功的星际探索计划之一，更是人类外太阳系探测中里程碑式的任务。任务利用每176年发生1次的罕见的外太阳系行星——木星、土星、天王星和海王星——的连珠现象，借助重力助推，在一次任务中完成所有这些行星的“壮丽巡游”，研究这些行星以及它们的卫星、环和磁场。两艘旅行者号探测器均于1977年发射，配备了包括成像系统、光谱仪、磁强计和等离子探测器等一整套科学仪器，提供了前所未有的外太阳系探测数据。它们还携带了代表人类文明的金唱片，唱片中含有描绘地球生命和文化多样性的声音和图像，旨在为任何潜在的外星发现者提供关于人类的信息。旅行者号任务的成果包括发现木星的火山卫星伊奥、土星的六边形极地风暴以及海王星的大黑斑等。任务的技术亮点包括首次使用重力助推技术，使探测器能够以更高速度飞越多颗行星。目前，这两艘探测器仍在向更加遥远的星际空间进发，持续传回珍贵的科学数据。

虽然现在看来，这些人类对太阳系探测的初步尝试略显简陋甚至粗糙，但却为后来更深远的行星探测留下了十分宝贵的经验，并奠定了技术和科学的基础。

✦ 水星

根据信使号获取的图像创建的水星表面全球地图。颜色不是肉眼所见的颜色，而是与表面成分变化有关。

由于水星靠近太阳，探测难度极大，除了1973年发射的水手10号飞掠任务，还有下列两次探测任务极大地拓展了人类对水星的认识。这两项任务共同奠定了人类对水星地质和环境的深入理解，为未来研究恒星附近的岩石行星提供了重要参考。

NASA于2004年发射的信使号（MESSENGER）是首个围绕水星运行的探测器。通过复杂的重力助推轨道，信使号于2011年进入水星轨道，执行了为期4年的科学探测。它揭示了水星高密度的成因，发现了两极永久阴影陨坑中的水冰和有机化合物，记录了火山活动的痕迹，并研究了水星稀薄的大气层和磁场的细节。2015年，信使号因燃料耗尽受控坠毁于水星表面，完成任务。

欧洲空间局（ESA）与日本航天局（JAXA）联合开展的贝比科隆博（BepiColombo）任务于2018年发射，计划于2025年到达水星轨道。任务分为两个轨道器：环水星轨道器（MPO）和水星磁层轨道器（MIO）。通过电力推进与多次重力助推到达水星后，贝比科隆博将详细研究水星的表面地质、大气、磁层和铁核结构，为探索近恒星行星的形成与演化提供关键数据。

✦ 金星

（左）金星白天侧，由拂晓号的紫外成像仪合成的假彩色图像，（右）金星夜间侧，由拂晓号的IR2红外相机合成的假彩色图像。

金星曾被科学家称为地球的“姊妹星”，因为它与地球有着相似的大小和质量。然而，金星拥有极端的表面环境：其大气压强是地球的92倍，且充满了二氧化碳和有毒的硫酸云，强烈的温室效应使其成为太阳系最热的行星，表面温度足以融化铅。这些极端的条件使金星成为人类探索行星环境和气候变化的重要对象，以促进我们对类地行星表面宜居性演化的理解。历经多国的努力，一系列金星探测任务为研究这颗炽热行星提供了丰富的科学数据。

苏联的金星计划（Venera，1961～1983年）率先突破技术难关，使金星7号于1970年成为首个成功着陆金星的探测器。

这是1975年苏联金星9号探测器拍摄的金星表面全景图，其中包含了有史以来第一张从其他行星表面拍摄的图像。

NASA的先驱者金星1号（Pioneer Venus 1，1978年）首次利用雷达绘制金星地形图，并揭示其大气成分及温室效应。随后，麦哲伦号金星探测器（Magellan spacecraft，1989年）详细绘制了金星98%的表面地图，揭示了其火山活动和地质复杂性。

ESA的金星快车（Venus Express，2005年）一直运行至2014年，进一步研究了金星大气快速旋转的现象和温室效应。

JAXA的拂晓号（Akatsuki，2010年）克服早期引擎故障，成功进入金星轨道，专注大气与天气研究。

未来的金星探测任务包括NASA的达芬奇号（DAVINCI，深大气探测）和真理号（VERITAS，地质雷达探测），以及ESA的展望号（EnVision），将探索金星的地质、地下结构与气候历史，进一步揭示类地行星的演化过程。这些任务将共同深化人类对金星及其独特环境的研究。

✦ 月球

阿波罗8号拍摄的著名地球升起照片。这是人类第一次拥有了从另一颗星球回望母星的视角。它如此美丽、丰富和稀有。这张照片也启发了一代人，开始致力于保护我们在地球上的生存环境。

月球探索是人类探索欲最直观的体现，从冷战时期的太空竞赛到现代的国际合作，月球一直吸引着全球的目光。20世纪60年代末，阿波罗11号实现首次登月，拉开了月球探索的序幕。

阿波罗11号任务的宇航员巴兹·奥尔德林在月球漫步

经过了八九十年代的低谷期，进入21世纪，随着科技进步，月球再度成为热门目标。美国通过阿尔忒弥斯计划，计划在21世纪20年代中期让人类重返月球，登陆月球南极，同时通过商业计划CLPS加速月面科学仪器的部署。中国的嫦娥计划实现了首次月球背面软着陆和月背采样返回，展现出强劲实力。印度的月船计划虽有坎坷，但持续探索月球南极。日本JAXA的月亮女神（辉夜姬）号和月球勘测机智着陆器（SLIM）任务则聚焦高精度着陆技术与资源探测。ESA开发了支持深空探索的技术，而韩国、以色列等国也加入月球探索行列。私营公司如美国太空探索技术公司（SpaceX）和蓝色起源正在推动商业化进程，为未来的月球和深空商业探索奠定基础。

无论是寻找水冰、研究资源，还是作为深空任务的跳板，月球正成为国际竞赛与合作的重要舞台。通过科技和合作，人类正向月球迈出更坚定的一步，为进入深空铺平道路。

✦ 火星

好奇号火星车从盖迪兹谷岭附近的夏普山上看到的景象

火星探测见证了人类深空探测的智慧与毅力。在火星表面，从美国的勇气号、机遇号这对“地质兄弟”揭示火星曾经拥有液态水，到好奇号探索盖尔陨石坑的宜居性发现了古代淡水湖和有机分子，均暗示着火星过去可能具备生命生存条件。火星轨道上的火星勘测轨道飞行器（MRO）和专家号（MAVEN）为研究火星地质与大气提供了高分辨率数据，MAVEN证实火星大气因太阳风逐渐流失，揭示了火星从湿暖环境转变为寒冷干燥星球的关键过程。毅力号和创新号直升机的组合，在寻找生命迹象的同时实现了火星上的首次动力飞行。

这张自然色、高分辨率的马赛克照片展示了“观测岩”，是在火星车爬上耶泽罗陨石坑西壁时由NASA的毅力号火星车上的Mastcam-Z仪器拍摄的。

而中国的天问一号实现了轨道器、着陆器、火星车三合一任务，使中国跻身火星探测强国。

天问一号拍摄到的火星南极图像，火星上几乎所有的水资源都锁在这里。

祝融拍摄到的火星表面降落伞图像

其他国家也不甘落后：阿联酋的希望号首次带着阿拉伯世界的期望进入火星轨道，研究大气动态；印度的火星轨道飞行器任务（Mangalyaan）以超低预算完成了壮举，展示了技术创新力。与此同时，欧洲和俄罗斯的火星生命探测计划（ExoMars），虽然因技术问题导致着陆器坠毁，但轨道器仍在追踪火星甲烷，为寻找生命线索添砖加瓦。

火星探测不仅是国家间的竞赛，更是国际合作与技术革新的试验场。美国和中国都在构思着前所未有的探索计划，期待实现火星样本返回和人类登陆火星的梦想，揭开这颗红色星球的更多奥秘，并将人类的足迹拓展到太阳系其他行星。

✦ 木星

朱诺号拍摄的木星南极

木星，这颗太阳系中最大的行星，拥有复杂的大气动力学、强大的磁场和多样的卫星群，长期吸引着科学家的关注。其中一些卫星，特别是木卫二（Europa），可能具备适合生命存在的环境。

1989年10月18日，NASA发射了伽利略号（Galileo）。作为首个环绕木星运行的航天器，伽利略号经过6年的旅程，包括借助金星和地球的重力助推，于1995年12月7日抵达木星。它释放了一枚探测器进入木星大气层，传回了关于其化学成分、温度和压力的宝贵数据。在近8年的在轨探测中，伽利略号对木星及其主要卫星进行了详细观测，提供了木卫二、木卫三（Ganymede）和木卫四（Callisto）可能存在地下海洋的有力证据，并首次直接观测到木卫一（Io）的活跃火山活动。为避免地球微生物污染木星的冰卫星，伽利略号于2003年9月21日收到指令主动坠入木星大气层，结束了使命。

2011年8月5日，NASA发射了朱诺号（Juno），旨在深入研究木星的起源和演化。朱诺号于2016年7月5日进入木星轨道，开始对其大气、磁场和引力场进行详细测量。这个任务揭示了木星两极存在的大规模气旋，并发现其大气现象比之前认为的具有更深的层次。朱诺号还拍摄了木星云层和风暴的高分辨率图像，提供了前所未有的视角。原计划于2018年结束的任务现已延长至2025年或航天器寿命结束，以继续深入探索木星的复杂环境。

欧洲空间局（ESA）于2023年4月14日发射了冰质木卫探测器（Jupiter Icy Moons Explorer，JUICE），计划于2031年7月抵达木星。JUICE将重点研究木卫三、木卫四和木卫二，特别是木卫三的地下海洋、冰壳和磁场，以评估其潜在的宜居性。

此外，NASA的木卫二快船（Europa Clipper）任务于2024年10月发射，预计于2030年4月抵达木星。该任务将对木卫二进行多次近距离飞越，使用先进仪器研究其冰壳厚度、地下海洋特性和地质活动迹象，评估其是否具备生命存在的条件。

值得注意的是，中国国家航天局（CNSA）也提出了“甘德”※任务概念，计划于21世纪30年代初发射，目标是探索木星及木卫四，重点研究木星的磁层、大气动力学和木卫四的地质特征，体现了中国在深空探索领域的雄心。

※ 甘德是中国战国时代齐国的天文学家，据说他可能在公元前364年就用肉眼看见了木星的卫星木卫三，比伽利略的发现早了两千多年。

通过这些持续的探索任务，科学家们希望深入了解木星系统的形成和演化，评估其卫星的宜居性，并为未来可能的生命探索奠定基础。

✦ 土星

卡西尼号拍摄的逆光土星照片。巨大的土星悬挂在黑暗中，为卡西尼号遮挡阳光。

土星，这颗带有壮丽光环的气态巨行星，自太空探索初期就吸引着科学家。早期任务如先驱者11号（Pioneer 11）和旅行者号飞越土星，为其大气、环系和卫星提供了第一手近距离观察信息。

真正深入研究土星的里程碑来自1997年发射的卡西尼-惠更斯（Cassini-Huygens）任务。这一国际合作项目由NASA、ESA和意大利航天局（ASI）共同参与，成果丰硕。2004年，卡西尼号进入土星轨道，开始为期13年的探测之旅。它不仅揭示了土星大气中的复杂风暴和北极独特的六边形急流，还深入研究了土星环的结构与动态。最令人惊奇的发现之一是土卫二喷出的水汽和有机分子，这意味着其冰壳下可能存在具有潜在宜居性的地下海洋。同时，卡西尼号的伴随探测器惠更斯号在2005年成功降落土卫六，揭示了这颗神秘卫星表面液态碳氢化合物湖泊与类似地球的天气系统。

未来，NASA将于2028年发射蜻蜓号（Dragonfly）任务，将以旋翼机形式深入这一冰冻世界，探索土卫六的表面和大气。

目前其他国家针对土星的任务尚处提案阶段，而卡西尼号的遗产和土卫二、土卫六的潜在宜居性将持续激发全球科学家的探索热情。土星，不仅是光环的象征，更是揭示太阳系奥秘的关键。

✦ 天王星和海王星

韦布空间望远镜拍摄的天王星（左）和海王星（右）。这些图像由韦布近红外相机（NIRCam）拍摄。

至今，只有一艘航天器——NASA的旅行者2号造访过遥远的天王星和海王星。这次大胆的旅程为我们揭开了这两颗气态巨行星及其卫星系统的神秘面纱，传回了丰富的科学数据，并首次证实了它们与木星、土星一样拥有光环系统。

除此之外，关于这两颗行星的研究主要依赖于先进的观测技术。哈勃空间望远镜（HST）、韦布空间望远镜（JWST）以及地面上的强大望远镜，持续为我们提供关于它们大气、天气和卫星的新发现。尽管天王星和海王星依然是太阳系中最少被探访的行星，这些持续的地面或天基观测为我们带来了关于外太阳系的重要线索，培育着人类未来对它们的进一步探测的希望。

✦ 彗星、小行星与深空采样

最早的小天体探测任务是著名的“哈雷舰队”（Halley Armada）。这是一支空前绝后的“多国部队”，由5个（部分说法称6个）空间探测器于1986年哈雷彗星接近近日点前后共同探测哈雷彗星。这个“舰队”由1个ESA的探测器、2个苏联和法国合作的探测器和2个日本宇宙科学研究所的探测器组成。其中的ESA的乔托号（Giotto）以596千米的近距离接近哈雷彗星的彗核并拍摄了彗核的彩色影像。

随着技术的成熟，科学家开始关注太阳系中的小天体。1991年，伽利略号探测器在前往木星的途中，飞掠了小行星加斯普拉（Gaspra），实现了人类对小行星的首次探测，并随后飞掠探测了小行星艾达（Ida），首次发现小行星的卫星。

1999年，星尘号（Stardust）发射升空，这是首个成功采集彗星尘埃并带回地球的任务。2006年这些彗星样本被带回地球，为我们揭示了太阳系早期的物质组成。

除了月球，人类至今只获取过4个其他天体的样品，这张图整合了所有成功执行过采样返回任务的目标小天体，他们包括1颗彗星和3颗小行星。

同一时期，近地小行星探测器NEAR-舒梅克号（NEAR Shoemaker）成为首个着陆小行星的航天器。2001年，它成功降落在小行星爱神星（Eros），并传回了小行星表面的近距离图像。

日本的隼鸟号（Hayabusa）和隼鸟2号，分别从小行星丝川（糸川）和龙宫采集样本并成功带回地球，为研究太阳系形成初期的物质演化提供了宝贵数据。NASA的奥西里斯王号（OSIRIS-REx）则成功从近地小行星贝努（Bennu）采集样本并带回地球。后续，奥西里斯王号和隼鸟2号将继续展开延展任务，探索更多小行星目标。

中国的嫦娥二号任务在完成月球探测后，于2012年成功飞越小行星4179托塔蒂斯（Toutatis），成为中国首次探测小行星的任务，为其表面形态和自转特性提供了宝贵数据。

1986年，欧洲航天器乔托号成为首批遇到并拍摄彗星核心的航天器之一，它在哈雷彗星远离太阳时经过并拍摄了彗星核心的图像。

NASA和ESA合作开展了双小行星重定向测试（DART）和赫拉（Hera）任务。DART于2022年成功撞击了双小行星系统中的孪小星（Dimorphos），首次验证了通过碰撞改变小行星轨道的行星防御技术。赫拉号则计划于2024年发射，前往孪小星和其主小行星孪大星（Didymos），详细调查撞击后的小行星特性，为行星防御提供进一步的数据支持。这些任务标志着全球在小行星探测与地球防御领域的重要进展。

✦ 矮行星

矮行星是环绕太阳运行的接近圆形的天体，但质量不够大而无法清除其轨道附近的其他小天体。国际天文学联合会（IAU）目前确认了5颗矮行星，包括谷神星、冥王星、妊神星、鸟神星和阋神星，其中谷神星和冥王星是探索的重点。

NASA的黎明号（也称曙光号，Dawn）是首次环绕矮行星的航天器，在探测了灶神星之后，于2015年进入环绕矮行星谷神星的轨道。黎明号揭示了谷神星上的奥卡托陨石坑亮点是碳酸钠沉积物，意味着可能存在的热液活动和地下海洋。而谷神星富含水冰的壳层以及可能的地下海洋，将其归入了太阳系冰质行星的行列，为理解内太阳系的宜居性环境提供了崭新的线索。

“黎明”号航天器拍摄的矮行星谷神星照片

探测冥王星的新视野号（New Horizons）于2006年发射，2015年飞掠冥王星。新视野号拍摄到冥王星的水冰山脉、氮冰平原和稀薄的雾霾大气，显示了其地质活动的复杂性。任务还详细研究了冥王星的5颗卫星。随后，新视野号继续探索柯伊伯带，于2019年飞掠天体阿罗科思（Arrokoth），为研究太阳系边缘天体提供了重要数据。这些任务大大加深了我们对矮行星及外太阳系的理解。