第一章 點是沒有部分的東西

一、深入平靜的大海

1965年7月，當一艘小型八邊形航天器飛越火星表面時，我的父親才剛滿18歲，那時他正高高地站在阿巴拉契亞地區一個濕潤的、硬木叢生的山岡上。肯塔基州的瓦普地區沐浴在萬米厚的氮氣和氧氣層下，處于卡門線[1]、大氣散逸層[2]和范艾倫帶[3]之下，且遙遠的上空還有太空巨大的真空環境。就在瓦普地區邊緣，一家小型天然氣公司的一輛挖土機疾馳著，為進行鉆探挖掘出了一片平地。我父親曾駕駛舊吉普車蹚過河床且發動機沒進水，他和一些身穿工服、目不識丁的工人一起挖掘溝渠、鋪設管道，偶爾還會幫著運輸鉆頭套管。他本希望能作為公司地質學家初出茅廬的助手度過那個夏季，但是不到兩周，每一個可用的工作者都被派去山上工作了，其中也包括他。

路易斯維爾的《信使報》刊發了關于世界上第一個執行火星任務的航天器“水手四號”的新聞。運送《信使報》的卡車沿著深陷的山路蜿蜒前行，經過煤田，又路過哈扎德高中，然后抵達了規模并不大的市區，市區被肯塔基河的北側支流緊緊環繞。

那天早上，我的祖父從福特藥店取了一份《信使報》。他把報紙夾在腋下，徑直去衛生署上班。作為一名醫療技術人員，他負責視察分布在山脊上的冷戰時期的防空洞，確保食物儲備安全，此外還負責婚檢工作，為準備結婚的年輕夫婦抽血進行梅毒檢驗。他為鎮上的每個人都稱他為“醫生”而感到自豪。他并不是醫生，但他確實給遍布肯塔基州東部丘陵地區有需要的患者都注射過青霉素：下到吉利市，上至特普市，還包括斯倫普市、斯庫迪市、哈佩市、亞迪斯市和布斯市。當我的祖母不忙于燙發時，她會幫助祖父。她喜歡操作X光機。

那天晚上，天氣仍很悶熱，我的祖父在百老匯大街上踱步。百老匯大街其實只是一條小巷，一點也不寬闊，陡直而下，深入爬滿野葛藤的后院里。房子矗立在山谷的一側，遠看就像一只蝙蝠倒掛在那里一樣。他把《信使報》留在閣樓臥室，由于六個孩子中有四個已經離開家，臥室目前很寬敞。他的孩子中最年幼的小兒子，長得瘦小，但耳朵寬大，他也將在這個夏末離開家，向西行進兩個小時，越過陡峭的樹木叢生的坡路去伯里亞學院上學。祖父將報紙放在我父親的棉被上，以確保他一眼就能發現。報紙的旁邊放著父親的《科技新時代》，雜志封面印著表面坑洼的月球照片。

通過這次航天探索任務，美國國家航空航天局（NASA）將有機會拍攝到與地球最相似的星球照片，我父親對這一想法非常著迷。當星期三的夜色籠罩山城后，我父親爬上臺階，氣喘吁吁。當時他腰酸背痛又筋疲力盡，就在那時他看到了這個頭條新聞。在折痕上方，在威利·梅斯的照片和有關越南的報道之間夾著的，是他一直在等待的內容：“人類通過‘水手號’，于今日抵達火星。”他躺在床上讀著，露出了微笑。“今天，人類的指尖已經觸及了遠在1.34億英里[4]外的火星，太陽系中唯一被廣泛認為可能有生命存在的天體……”

在這個國家的另一端，帕薩迪納市北部的峽谷中，一眾熱切的人正聚集在NASA噴氣推進實驗室的園區內。在馮·卡門（Von Kármán）禮堂內，鋪設在地下的電纜隱約可見，密集地纏繞著，電纜的一端連接著眾多的電視攝影機，另一端蜿蜒穿過地板連接著室外的貨車。世界各地的廣播都在持續轉播，英國媒體租用了“晨鳥”衛星整整兩分鐘的時間，準備進行電視直播。現場37部電話各司其職：包括媒體庫使用的36部，還有一部在為播音員錄制所搭建的小型辦公布景的桌子上。

一臺全尺寸航天器占據了一間大屋子從地板到天花板的整面墻壁，它是用于溫控測試的備飛件。它具有與水手四號相同的八邊形鎂制框架底座，其自身硬件和裝配儀器同樣重達260公斤。它總共由13.8萬個零件構成，包括鋁管、姿態控制噴嘴和火線端電纜等。太陽能電池板加上末端的擋板總共長達7米。它們外層包覆了藍寶石玻璃，在電視燈的光照下閃閃發亮，看上去就像是鑲嵌著寶石的翼龍之翼。

這艘航天器承載了很多使命。在20世紀反復上演的一幕中，一艘蘇聯航天器也于幾乎同期試圖接近火星，就在水手四號發射的兩天后，它從拜科努爾航天發射場發射升空。它已經抵達了火星，但正如NASA所愿，它沒有返回任何數據。在飛往火星的中途，它的通信系統開始出現更新紊亂，繼而信號發射器損壞。目前它只不過是個“無聲的‘俄羅斯間諜’”，也可以稱之為“‘逝去的’的蘇聯火星導彈”。最后，美國便有機會在這次太空競賽中遙遙領先了。

在美國取得勝利的道路上只有一個障礙：如何使水手四號瞄準目標并啟動相機，然后將拍攝的圖像順利傳回地球。這并非易事。火星距太陽太遠了，這次任務中的可用電源功率只有310瓦，僅相當于一對電燈泡的功率。發送數據流的初始功率僅10瓦，而當數據被位于約翰內斯堡、堪培拉郊區及莫哈韋沙漠深處新建的深空網絡[5]眾多大圓盤[6]式探測裝置的天線所捕獲時，功率將耗散到僅剩10–17瓦。即使數據被成功接收，也有其他一些憂慮。萬一相機快門閃得太早或太晚該怎么辦？萬一航天器發生失誤，意外地掙脫了火星引力該怎么辦？萬一相機無法關閉，拍攝的無意義的空白太空照片覆蓋了火星的照片該怎么辦？

5年間，蘇聯人一直在試圖抵達火星。在太空探索領域及其他所有領域，蘇聯都是一個強大的對手[7]。1960年，為了配合尼基塔·赫魯曉夫總理訪問在紐約舉行的聯合國大會，蘇聯策劃的第一對火星探測任務被提上日程。總理委托制作了火星探測器的模型，并將它們帶到世界各地進行展示。就在不到2個月前，他的首席火箭工程師將第一批活的生物體[8]發射到太空后又使其安全返回地球，這些生物包括兩只狗、一只灰兔、四十只小鼠、兩只大鼠和幾只蒼蠅。

但是蘇聯這次就沒有那么幸運了。當各國代表們聚集在紐約時，蘇聯的第一枚火星探測火箭發射失敗了，僅爬升了120千米就墜毀在西伯利亞東部地區。緊接著，由于低溫推進劑泄漏，造成發動機入口的煤油燃料被凍結，第二枚火箭也失敗了。赫魯曉夫本指望這剛起步的太空探索項目能夠再一次取得成功，但事與愿違，因此他在步入聯合國大廳時大為惱火。據小道消息，在全體會議閉幕之前，他甚至脫下一只鞋子[9]，向另一個國家的參會代表憤怒地揮舞著。

1962年，蘇聯又嘗試了三次飛行任務。第一次，航天器在軌道上解體了，散成了許多碎片，這些碎片被美國安置在阿拉斯加的雷達裝置偵測到。這發生在古巴導彈危機爆發的第九天，美國防空司令部一度擔心這些殘骸預示著蘇聯將開始對美國展開核打擊。第三次也失敗了，助推器的主殼體重新跌回大氣層，那天正好是在圣誕節。1個月以后，火箭的載荷也落回大氣層。盡管如此，蘇聯發射的第二個航天器飛離地球1億千米左右，并且首次飛越了火星。雖然發射器出現了故障，但這次確實是蘇聯航天器到達火星的一個無聲的見證[10]。

蘇聯只對內告知發射失敗的消息，對外卻大肆宣傳他們發射成功[11]的喜訊，發射成功的次數之多足以表明，相比于美國人，蘇聯在航天領域有絕對的領導地位。蘇聯幾乎樹立起了太空競賽中的每一個里程碑：第一顆人造衛星[12]、第一次把動物送上太空、第一次載人航天、第一名女性航天員。他們甚至故意讓一架航天器在月球墜落，并拍攝了月球“遠地側”的第一批照片。此外，當時他們還在策劃開展首次太空漫步。

相比之下，美國僅成功完成了一次行星探測任務，即向金星發射了“水手二號”[13]行星探測器。更糟糕的是，這被譽為“七個奇跡的任務”[14]的金星探測任務也僅勉強完成。令人驚奇的是它居然竭盡所能地收集了所有數據，憑感覺自主飛行，僅依靠一塊可以正常工作的太陽能電池板產生的電力飛行，勉強維持到其生命盡頭。

到達金星比到達火星要容易[15]。為了到達火星這顆“紅色星球”，航天器各系統的續航能力須額外增加100天，并且數據傳輸距離也是探測金星時的兩倍之多。當時晶體管還是新生事物，體積龐大，同時微型芯片也是剛剛才被研制出來。整個航天器的計算效率還不及一個普通袖珍計算機，而且航天器還必須依靠一套未經測試過的星象跟蹤儀來導航。這是NASA的探測器有史以來第一次漂流到黑暗的太空中，飛離了夜空中明亮的一切——包括地球、月亮和太陽。就像柯勒律治筆下的老水手一樣，它有望成為“有史以來第一個闖入那片幽靜的海面”的人類社會成員。

最初的計劃是發射兩臺完全相同的水手號探測器飛往火星，它們的綽號是“會飛的風車”[16]。“水手三號”和水手四號本應在間隔幾周的時間內相繼掠過火星。

但是，水手三號在發射幾分鐘后就失聯導致該計劃被打亂了。阿特拉斯–阿格納火箭此前的表現一直很出色，但研究團隊這次很快就發現明顯有些不對勁。從約翰內斯堡返回的數據表明，該航天器并不在預定的軌道上。同時，專門設計用來保護水手三號免受發射時的擠壓力破壞的整流罩也沒有從探測器上正常脫落。地面控制團隊耗費了9個小時拼命地尋找能讓整流罩脫落的辦法。他們嘗試了能想到的所有方法，包括啟動航天器的發動機，但最后電池電量徹底耗盡，水手三號最終飄入了太陽的廢棄軌道。

火星和地球需要26個月才能在太陽的同一側相遇一次[17]。因此對于洛克希德導彈與航天公司的團隊來說，在火星轉離之前，留給他們設計解決方案的時間僅有短短幾周。頭部整流罩所用材料的制造和測試都是在地球的高氣壓環境下完成的，團隊意識到其蜂窩狀的玻璃纖維外殼在太空的真空環境下會像爆米花一樣崩開，膨脹到足以把頭部整流罩緊緊裹住。工程師們夜以繼日地工作，最后發現這個難題可以通過在每個小單元區域中戳一些小孔以平衡內外壓力的方式來解決。不可思議的是，僅僅在水手三號失利后23天，水手四號就幾乎準備好發射了。在起飛前的夜晚，它被固定在37號發射臺上，在明亮的聚光燈下發出閃耀的光芒。第二天清晨，它搭載在阿特拉斯導彈上呼嘯著從肯尼迪角升空。當火箭釋放探測器的一刻，整流罩按照預期一樣驟然彈出。

水手四號離開地球后開始在太空中飛行。它的首要任務是定位到遠處的老人星（Canopus，船底座α），這是其內部傳感器導航所用的參考星。傳感器鎖定了北方遙遠的阿爾法·塞菲星（Alpha Cephei，仙王座α），然后向南移至軒轅十四星（Regulus，獅子座α），后又移至弧矢增廿二星（Zeta Puppis，船尾座ζ），然后是無名的三星團。它最終找到了老人星，但很快就又鎖定在一個雜散光圖像上，然后又再次開始搜尋軒轅十四星。在整個漫長的航行中，傳感器至少40次迷失了方向，究其原因，是陽光下反光強烈的一些小塵埃顆粒和表面不斷脫落[18]的油漆微粒掉入傳感器的視野內了。在飛往火星的途中，探測器一路跌跌撞撞，但它還是在環繞太陽半周[19]的5.23億千米的旅程中幸存了下來。NASA成立僅7年，而這一重達0.25噸的探測器被公認為美國在太空領域中最偉大的成就。

在空間飛行控制室里，在一群身穿深色休閑褲、短袖上衣的人中，有一位襯衫前面系著深色細領帶的男人，他是水手四號成像技術團隊的負責人鮑勃·萊頓（Bob Leighton）。因為當時人們普遍認為照片的科學價值不高，所以能在這里成立一個成像技術團隊，經歷了重重困難。“照片，不是科學，那僅僅是公眾信息。”[20]NASA無人繞月任務的項目負責人回憶道。

但是萊頓對攝影充滿了熱情[21]。他知道如何渲染圖像，如何呈現光影，他知道肉眼看到的東西真正意味著什么。他生長在加利福尼亞貧民區，由在洛杉磯一家旅館當女傭的單身母親撫養長大。畢業后不久，一位高中攝影老師在一家好萊塢廣告公司的攝影室給萊頓找了份工作。如果他能全身心高效地投入到這份工作中，他很可能會成為一名專業攝影師。1939年，他扔掉了一張自認為是廢紙的東西，結果卻發現那是一位客戶的一張未經充分曝光的藍光底片，底片上拍到的是一艘高級蒸汽輪船在金門大橋下航行的畫面。他拿著解雇函，回到了洛杉磯城市學院。大三時，他轉學到加州理工學院的物理系，此后便再未離開，并于1949年留校任教。

在參與水手四號的研制之前，萊頓已經在威爾遜山天文臺工作了10年。他僅花了很少的錢，就制造了一個圖像穩定裝置，一個“導向器”，并拍攝了多張行星照片。他本應該觀測恒星和星系，繪制紅移圖，對天體物理學進行基礎研究，而不是觀測那些被人們認為太小的、冷冰冰的且幾乎無法揭示任何有關宇宙本質的行星。但他還是忍不住時不時地去瞥上幾眼。當沒有其他人在場時，特別是在感恩節和平安夜等假期的時候，他會偷偷地透過1.5米望遠鏡進行觀測。

最近，噴氣推進實驗室雇用了萊頓的一名學生[22]。他向同事們介紹了他從前的導師如何消除大氣中湍流的影響在威爾遜山拍攝了影片的經過。值得一提的是，這是首部記錄轉動著的火星的精美彩色影片。當一項不太成熟的電視實驗最終被提議用于火星任務時，該學生懇求他的老教授：“鮑勃，您必須向火星任務提出關于電視實驗的建議，就當這是履行對我們社會的責任，否則結果會很糟糕。”

萊頓勉強同意了，在短短幾個月內，他就設計了一款帶有慢掃描電視攝像頭的小裝置，該攝像頭可以在25分鐘內拍攝21張火星照片。他希望能用它先拍攝到埃律西昂的圖像，然后是特韋·卡迪斯，接下來橫掃澤菲利亞并進入辛梅利亞海，最后再逐漸移向奧尼灣西部前完成對艾里迪斯一隅的拍攝[23]。對于每張照片，相機的快門每五分之一秒按下一次。這些照片將被記錄在一卷磁帶上，然后通過水手四號的高增益天線傳回地球。從某種意義上說，它是世界上第一臺數碼相機[24]。

幾十年來，即使在最佳的觀測日用最先進的望遠鏡觀測到的火星，也只比肉眼看到的月球近幾倍而已。水手四號搭載的萊頓的系統傳回的圖片分辨率大幅提升，其最小分辨距離可達到3.2千米，它們為世界提供了來自火星的第一手資料。就像馬丁·路德所堅持的“人要與上帝保持直接關聯”的理念一樣，用萊頓團隊中最年輕的一名成員的話說，這些影像資料的存在使人們不再需要翻譯員或“科學領袖”了。這些圖片可以用一種所有人都能理解的語言傳播到全世界，供所有人閱覽。

但是萊頓明白，拍攝火星并不只是一個與公眾直接分享本次航天探索發現的機會。這將是一場漫長探索的制高點，我們將看到一個我們從未到達的星體，一個困惑了我們幾個世紀的星體，火星到底是什么樣的？

不可思議的是，火星并不總是被理解為一個地方。但有一點可以肯定，古人知道一些關于火星的趣事。美索不達米亞人觀察到它在夜空中沿著一個奇怪的環形軌跡移動，與“位置固定”的恒星分開飄移。在浩瀚的夜晚，除了“自由”的五顆星體，所有其他星體都在一起移動。其中只有一顆星仿佛一盞熾熱的紅燈[25]。令人感到困惑的不僅是它特有的顏色，還有它運動的方式。相對于其他恒星，火星日復一日向東飄移，但是每隔幾年，在大約十周時間里，它又突然轉向，朝著逆黃道帶的方向移動，向西飄移60至80天后，又恢復了正常軌道運動。實際上，它的運行軌跡是一個拉長的環形[26]。有時環的尺寸較小，有時又較大。柏拉圖由此斷言，行星是有靈魂的，他推理道，如果不是自由意志的表達，為什么火星會發生逆行？

直到伽利略透過小型望遠鏡，從帕多瓦的一個圓柱露臺上眺望火星，火星才逐漸從一個閃爍的光斑轉變為一個世界。在短短的幾周內，他不僅清楚了火星相對于其他天體的位置，還明白了它是什么。伽利略親手制造了一架望遠鏡，把它稱作perspicillium[27]。他將望遠鏡安裝在一個底座上，由于該望遠鏡的視野范圍很小，他每次觀測時都必須保持靜止不動，屏住呼吸，以防晚上不斷降低的氣溫使玻璃鏡頭蒙上霧氣。透過望遠鏡的小孔[28]，他判斷火星是被太陽照亮的球體[29]。

至于這個星體是否和地球相像，伽利略還不確定。他在1612年寄出的一封信中含糊其辭：“如果我們相信月球或其他星球上有存在動物和植物的任何可能性，它們不僅與地球上的生物不同，而且與我們最大膽想象的樣子都相距甚遠，那我個人既不應該肯定也不應該否認，而是應該把決定權留給比我更聰明的人。”

通過更好地開展火星觀測以確定火星本質的探究持續了數個世紀。當伽利略第一次透過他那簡陋的望遠鏡進行觀察時，火星看上去只有罌粟籽[30]那么大。但是凹透鏡頭[31]很快就被凸透鏡頭取代了，從而使圖像倒置了，這對于較大的視野來說造成了些許不便。慢慢地，焦距開始增長，伽利略當年曾試圖用紙板墊圈來減輕的光學畸變也因為這種新鏡頭的使用而得以改善。1659年[32]，荷蘭天文學家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）在他父親位于海牙的一棟大房子的閣樓窗戶上，架起了一個10.5英尺[33]長的望遠鏡，并繪制了第一幅火星地圖。他在一個圓圈內做了一個“V”形的墨水記號，表示火星表面上有一個暗斑。在接下來的幾個夜晚，他看著那團暗斑一會兒消失，一會兒又出現。它看起來隱約像一個沙漏，后來被稱為沙漏海[34]，這是火星上第一個已知的表面特征。在把一個微小的測量裝置安裝到目鏡上之后，他非常準確地估算出火星的大小約是地球的60%[35]。

惠更斯的觀測結果顯示，一個火星日約為24小時[36]，與一個地球日的時長幾乎相同，這個結果也使他自己大為驚訝。地球和火星之間的這些及其他相似之處，引發了人們對于火星上是否有居民的猜測。惠更斯猜測火星上存在智慧生物，認為火星不能被視為“只有廣闊沙漠的、冷冰冰的、無生命的物體”，因為這樣做會使火星在美麗與尊嚴方面屈于地球之下，所以決不允許這么做。他甚至還推算了地外行星的數學運算，設想了正弦和對數表，因為除了“人類是世界上最高級的物種”這個陳舊的觀念外，沒有什么理由阻止古人在發現與探索中汲取快樂并獲得智慧，現在的我們也是如此。

與此同時，艾薩克·牛頓（Isaac Newton）正在劍橋大學研制新型望遠鏡的基本光學器件：反射器。當時的鏡頭無法將紅色和藍色的光聚焦到同一點上，從而導致明亮的物體周圍色彩模糊[37]。因此為了取代透鏡，他設計了一個樣機，通過有一定弧度的金屬材質的鏡面來補集光：金屬材質里有60%的銅和20%的錫。這是一個很小的儀器，長16厘米，只能把圖像放大35倍。然而，牛頓的設計在后來的一個世紀里[38]產生了廣泛的影響，使拍攝到的天體得到了前所未有的放大[39]。1773年，一名出生于德國、定居在英格蘭巴斯的音樂家威廉·赫歇爾（William Herschel）開始在業余時間嘗試制造鏡面。通過與他才華橫溢的妹妹卡羅琳[40]的合作，他最終制造了幾十臺反射望遠鏡。卡羅琳則經過持續探究發現了大量的彗星和星云。赫歇爾在自己的一個朝南的花園里首次觀測到了天王星的微弱光線，還在觀測火星的過程中調試了他手工制作的精巧設備，發現火星有白色的極地冰蓋[41]、大氣中飄浮著云層和水蒸氣，以及和地球一樣的周期性季節變化。1784年，他在英國皇家學會的致辭中指出，火星是地球的翻版，并指出火星上的居民在許多方面可能面臨與我們地球人類相似的處境。隨著火星觀測的持續和深入，各個方面的發現都印證了一個想法，那就是火星可作為另一個地球，那是一個具備可以航行的海洋、可以行走的陸地的星球，那是一個我們可以認識、建立聯系和想象的地方。

火星與我們的星球相像這一認知促使人們更好地了解它。由于大型反射式望遠鏡用的鏡面金屬會很快失去光澤，并且拋光過程經常使鏡面變形彎曲，所以牛頓的反射式望遠鏡很快就被淘汰了，取而代之的是類似惠更斯當年使用的那種折射式望遠鏡。折射式望遠鏡使用兩個透鏡來取代兩個反射鏡，這種望遠鏡在19世紀重新流行起來，并且被建造得越來越大，造得過大的鏡頭受重力作用向內部塌陷。人們利用這種望遠鏡獲得了一些重要的發現，跟蹤了火星上的季節性變化，還發現了火星周邊的多個衛星。望遠鏡這種神奇的工具，帶領著我們，讓我們看到了前所未見的事物。數百年來，它們是我們了解火星的唯一途徑。

大學畢業后不久，我說服父親跟我一起去了趟沙漠。他和我一起乘坐飛機，他一生中很少有坐飛機的機會。我們從肯塔基州飛往亞特蘭大，然后再轉機前往圖森。我們租了輛車，驅車深入亞利桑那州的老西部地區，到達了圣佩德羅河山谷之上約4000英尺高的一座山上。在那里有一個維加–布雷天文臺的小旅館，但早已大門緊閉。

我們住了進去，然后前去檢查望遠鏡。滾落式屋頂、幾個30厘米的米德望遠鏡和50厘米的馬克蘇托夫望遠鏡下面有一個46厘米的反射器。天黑后，我們將其移至觀測臺，并將通光口徑尺寸調整為20厘米，該尺寸范圍下適合觀看行星。它上面沒有搭載跟蹤系統或計算機，只有一個瞄準裝置，有這個就夠了。我父親對夜空了如指掌。

我童年的大部分時間，他都是在后院度過的，胳膊肘下總夾著一本《天文學》雜志上的天象圖。盡管我父親很希望能夠在接受培訓后去地質學或天文學領域工作，但他需要一份工作來維持生計，所以他也像我祖父一樣在州衛生部門找到了一份工作。我曾多次用他的超大雙筒望遠鏡窺看夜空，盡管他總是試圖幫我穩住鏡筒，但它總是在我手中晃來晃去。

到那時為止，我已經去過利克天文臺和威爾遜山天文臺。我暑假期間在NASA實習，并參觀了巨大的穹頂。我看到了最先進的望遠鏡觀測到的數據在計算機屏幕上閃爍。不過，用維加–布雷天文臺的中程望遠鏡這種常規手段觀測天空還是有一些啟發的。

在沙漠的那個夜晚，我第一次感受到了伽利略和其他早期天文學家所感受到的東西，那是計算機時代所丟失的東西。行星科學曾經是一項業余的事業，在太空時代來臨前，每一個從事行星科學行業的人都與夜空有著直接的聯系。當別人入眠時，他們卻醒著，獨自沉浸在科學和思索中，沉浸在廣闊的物質世界中。他們用望遠鏡瞄準天空中的一個小點，然后把它看成一個世界。那個點，就在那里！數千個閃耀的亮點中，它是與眾不同的。那顆星有光環，有像大理石斑點一樣懸浮著的小衛星，它的雪花石膏小帽子是極地冰蓋。那顆星體本身就是一個世界。

我和父親站在寒冷的夜里，眼睛貼著望遠鏡，此刻我覺得自己不僅與火星相連，還與伽利略、惠更斯、牛頓和赫歇爾都聯系在了一起。但是通過這個望遠鏡什么都看不到，更不用說能看得清晰了。我瞇著眼睛，一次次地對望遠鏡的度盤進行調整，此刻我恨不得直接飛到天空上去，或者至少能使畫面保持靜止也行。我詛咒這妨礙我觀測太空的大氣云層，盡管也是同一片大氣云層供養著我們的生命，帶給我們降雨并為我們遮蔽烈日。即使是亞利桑那州稀薄的空氣也能使氣流云層波動、陰晴不定，使天空忽隱忽現。我深陷渴望和沮喪，直到21世紀，我才理解為什么我們必須要離開自己的星球去研究那些星體。

在水手四號發射后的213天，也就是在1965年7月15日的晚上，噴氣推進實驗室電報機的小杠桿（發報機的電鍵）開始發出猛烈的咔嗒聲。此時萊頓必定感慨萬千，水手四號傳回的照片將是有史以來第一張除月球以外的地外星體的近距離特寫照片，因為當年對金星的探測任務中沒有拍攝到任何照片。萊頓和他的團隊深刻地認識到了解一個地方和實際看到它之間的區別。當時團隊里唯一的博士后布魯斯·默里（Bruce Murray）意識到，“首次看到一顆行星……這是人類歷史上難能可貴的一次經歷。”

這些數據包從火星傳輸回地球，被建設在莫哈韋沙漠中的戈德斯通追蹤站的巨大圓盤式信號接收器所捕獲，并通過電報跨過加利福尼亞州傳輸到噴氣推進實驗室的旅行者電信科室。在萊頓看來，這張照片的每一個像素都像是一顆顆珍珠一樣，串起了從地球到火星數千米的距離。數據傳輸速率僅為每秒八分之三字節，因此要完全傳輸第一張照片需要8小時。8小時充斥著緊張和等待，8小時也充滿了好奇和懸念。

水手四號接近火星的前一天，操作團隊決定發送一個命令“DC–25”，命令里包含一連串更新代碼來啟動平臺掃描動作，該動作用以識別行星。然后再執行第二條命令“DC–26”，可確保相機停止并且不記錄圖像。發送命令之前接收到的數據表明，磁帶式記錄器已啟動并停止，但是出現了一些異常。這臺磁帶式記錄器也是備用的，在最后一分鐘被換了上去，因為原來的那臺有技術問題。要等電腦合成一張完整的照片，可能還需要幾個小時，甚至幾天的時間。當前，一些人開始再度質疑是否應該發送這些命令，它們是否會讓電腦紊亂。

迪克·格魯姆（Dick Grumm）等不及了。他負責磁帶式記錄器，他和其他一些工程師開始集思廣益，討論檢查數據的方法。這可以稱得上是一場競賽，最終被認可的想法是在一卷電傳打字機所用的紙帶上打印單流數據組，每個像素的亮度顯示為60。當工程師們開始把這些紙帶剪成條狀并固定在墻上時，格魯姆突然跑到帕薩迪納當地的一家藝術品商店，尋找六種不同灰度的粉筆，每一種顏色都對應六位圖像的一個像素位。最后他找到了一盒倫勃朗彩色粉筆。但是他發現，粉筆是給學校用的，不是給藝術家用的，而且，沒有六種不同深淺的灰色粉筆。

當他回來的時候，一幅巨大的由數字繪制的藝術作品已經組裝好，準備好填充了。最終將與公眾分享的水手四號拍攝的圖像是黑白的，但是此刻格魯姆的電傳打字機紙帶使用了根據亮度匹配的各種顏色，這些淡黃色、赭色、焦棕褐色、印度紅等各種顏色的粉筆使圖像變得栩栩如生。他嘗試了紫色的配色方案，然后也嘗試了綠色的配色方案。但是紅色似乎最好地展示了灰度，碰巧也與火星的顏色一致。

當一個捕風捉影的公關團隊得到消息后，他們立即找到了格魯姆。他們不希望急躁的媒體拿到一些亂糟糟的臨時圖片——不是火星表面的實際圖像。格魯姆拒絕停下來，辯稱這是工程性工作，他只是需要驗證他的記錄器是否工作正常。公關團隊讓他繼續躲在一個由保安人員把守的可活動隔板后面，但是媒體還是發現了，然后開始蜂擁著擠進房間。這些人包括平面媒體記者、電視記者和廣播記者們。在條帶間隙里，200×200像素的方形框架被拉長為矩形，但是很快，火星的邊緣變得清晰了。水手四號拍攝了火星的第一張特寫照片。

即使圖像僅拍到火星的一半，另一半是黑暗的宇宙，它仍然受到了全世界的贊譽。在完成電腦渲染后，法國發行量最大的日報立即就在頭版上用橫跨五個專欄大小的位置，刊登了最終定稿的第一張圖片。《倫敦晚報》用大標題刊登：“真是令人驚嘆”。這幅照片一送到教皇保羅六世的手中，教皇就在上面寫道：“我們看到了，我們都驚呆了。”

相機中有些霧氣，一些掃描線也出現了故障，導致整個畫面上出現條紋。噴氣推進實驗室的工程師約翰·卡薩尼（John Casani）回憶說：“分辨率太差了，真的看不出太多內容。”但是隨著水手四號離火星越來越近，太陽更傾斜地照射到這顆星球上，照片對比度會提高一些，圖像效果會變得更好。

在前兩幅圖像的條紋中可以看出，似乎是真的存在一個暗區。它寬20千米，形狀有點像字母“W”。第三張圖片傳輸回來后，可以識別出其他可能存在的特征，包括一個較小的斑點，只有3千米寬，也許是一個低矮的山丘？前三張照片被發布到媒體上，讓公眾先一睹為快。談到對這些圖像的解析，中心主任力勸大家要有耐心。他提醒公眾，團隊的人力投入已達到極限。

萊頓開始使用一些電子技術來提高照片的質量，例如消除由掃描錯誤而產生的明顯異常的線條。但是當他處理到第七幀時，卻停了下來，他難以相信自己所看到的。他把發射任務負責人杰克·詹姆斯（Jack James）和當時的項目經理丹·施耐德曼（Dan Schneiderman）叫到一個封閉的小房間里，給他們看了視頻顯示器上的寶麗來相機的一次成像照片。這根本不是他們所期望看到的圖像。他們靜靜地盯著圖像，內心失望極了。最終，施耐德曼說了一句他們都認可的話：“杰克，你和我有20分鐘的時間去其他實驗室找份新工作。”

幾乎沒有人對第七幀顯示的內容有所準備，更不用說在接下來的十幾幅照片中看到的內容了。系統工程師之一的諾姆·海恩斯（Norm Haynes）想：“天吶，這是月球。”照片中有許多隕石坑，都保存完好，這意味著這顆行星處于荒滯狀態。地殼并沒有被板塊構造運動吞沒，但更重要的是地表沒有被潮起潮落侵蝕。保存完好的隕石坑意味著表面沒有被重塑過，也沒有任何類似于地球的水風化作用。就像月球一樣，表面似乎從未出現過大量的液態水——沒有降雨，沒有海洋，沒有溪流，沒有池塘。

令人驚訝的是水手四號團隊幾天來一直沒有公開發布這些照片，因為他們試圖研究照片中景象的深層含義。最后，他們還是安排了一場新聞發布會。一直密切關注這個探測器的林登·約翰遜（Lyndon Johnson）在白宮主持了發布會。就在幾個月前，他還將這次任務作為他就職演說的核心內容，對一個仍在遭受肯尼迪遇刺之痛的國家發表演說。他讓人們想象搭乘火箭飛入太空后回首看向地球的樣子，就像一個孩子的地球儀懸在太空中，各個大陸像彩色地圖一樣貼在地球儀的表面。他請他們想象自己的同伴在地球的一個點上，讓他們意識到我們都有那么一瞬間與同伴們緊密待在一起。現在，有了水手四號傳回的探測結果，地球上的那一個個點比以往任何時候都更加孤獨和渺小。

7月29日，在水手四號飛越火星兩周后，萊頓登上了白宮東廳的講臺。他解釋了人類首次近距離觀察火星時，是如何發現火星表面覆蓋了大片隕石坑的。“一個深刻的事實……”他憂郁地說，腦袋微微向左偏了偏。他看著自己的筆記，上面記錄了所拍攝的照片中的近七十個隕石坑，直徑從5千米到125千米里不等。他俯身對著麥克風，描述了隕石坑的密集程度堪比月球。這是一個科學上令人震驚的事實。

林登·約翰遜看到這些照片后嘆了口氣，他說：“也許——也許它上面的生命……比我們許多人想象的都更加獨特。”該探測任務搭載的儀器還顯示，火星上的大氣非常稀薄。火星上的大氣壓只有地球的4‰到7‰，這也解釋了為什么流星在撞擊到地表前沒有燃盡。地球上的光譜儀探測到了微弱的二氧化碳氣體信號，原本人們認為二氧化碳是一種含量很低的組成成分，但事實證明，它基本填充了火星的整個大氣層。當時的火星地表溫度為–100℃，非常寒冷，也沒有發現任何保護性磁場的跡象。在整個拍攝過程中，這些圖像里都布滿了坑坑洼洼，直到拍攝鏡頭從火星表面移開。

火星是一個冰冷、嚴酷和荒蕪的世界，這一景象超出了科學家們的想象，甚至超出了偉大的科幻小說家們的想象。“隕石坑？為什么我們沒想到是隕石坑呢？”據報道，艾薩克·阿西莫夫（Isaac Asimov）在看到水手四號拍攝的照片后這樣問他的一個朋友。這個星球的可能性已經沒有了，我們所有的瘋狂幻想都化為烏有。幾個世紀以來，人類一直把火星想象成與地球相似的星球，但它遭受過大量隕石轟擊，多次被毀壞，成了一片荒原。7月30日，《紐約時報》沮喪地宣布了那些在新聞發布會上努力爭辯的內容：火星可能是一個“死寂的星球”。

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[1]由于地球的大氣層隨著海拔的升高而變稀薄，因此很難準確地說出太空的界限從何處開始。美籍匈牙利裔科學家西奧多·馮·卡門最初將地球大氣層和外層空間的邊界描述為海拔約80千米的地方：“那里是空氣動力學停止和宇宙航行開始的地方。”如今，國際航空聯合會將卡門線定為海拔100千米。太空邊界的界定對太空政策有著深遠的影響，而且隨著商業太空探索活動的增加，它將變得越來越重要。

[2]地球大氣層的最外層。（譯者注）

[3]圍繞地球的高能粒子輻射帶。（譯者注）

[4]英制長度單位，1英里約等于1.6093千米。（譯者注）

[5]一個支持星際任務、無線電通信、探測宇宙的天線網絡，由NASA建立。（譯者注）

[6]加利福尼亞的戈德斯通追蹤站每天追蹤水手四號12小時，剩下的時間由澳大利亞的鐵賓比拉站和約翰內斯堡的一個站覆蓋，后來被西班牙馬德里以西60千米處的一個綜合設施取代。

[7]蘇聯人對他們的太空計劃守口如瓶。在無線電發射機失靈之前，“火星一號”已經飛行了6600萬英里。雖然這條消息及時發布了，但是在西方，其他任務則是長期保密的。

[8]1957年11月3日，來自莫斯科街頭的一只名叫萊卡的流浪狗登上了“史普尼克二號”，它是第一個進入太空的有知覺生物。萊卡在發射后幾小時就因過熱而死亡，1958年4月14日，太空艙重返地球大氣層時被燒毀。第一批安全返回的生物是于1960年8月19日搭載“史普尼克五號”的。其中的兩只狗被命名為貝爾卡和史翠卡。它們死后被制成標本，現存于莫斯科的宇航員博物館。

[9]這是一個廣為流傳但未經證實的故事。

[10]當時，遠程無線電通信是蘇聯人的致命弱點，而美國人在這方面占有優勢。詹姆斯·哈福德（James Harford）是蘇聯早期太空任務的重要資料來源。

[11]1958年9月12日，“月神二號”第一次撞向月球。同年10月，“月神三號”第一次拍攝了月球背面的照片，這在當時是一個不可思議的壯舉。第一次太空行走是在1965年3月18日，由蘇聯宇航員阿列克謝·列昂諾夫（Alexei Leonov）在“上升二號”上完成的，比埃德·懷特（Ed White）在“雙子座四號”進行的太空行走要早了3個月。

[12]“伴侶號”與第一枚洲際彈道導彈是在同一運載工具上發射的，中間僅僅間隔了六周。

[13]“水手一號”也被設計計劃飛往金星。它于1962年7月22日由阿特拉斯–阿格納火箭、發射升空。在發射數據顯示任務失敗后不久，就發出了自毀指令。

[14]“水手二號”經歷了約七次故障，又奇跡般地自動恢復，順利從金星下方飛過，完成探測任務。（譯者注）

[15]金星的發射窗口是584天一次，而火星是780天。金星的發射窗口比火星的更頻繁，因為金星離地球更近，飛行時間更短，通信距離也更短。

[16]1960年，NASA決定將月球探測器按照陸地探測活動命名，而行星探測器將以航海術語命名，以表示“到遙遠的地方旅行的感覺”。

[17]這些時期，火星和太陽在地球的對立面——火星和地球最接近的時候——排成一線，這被稱為對位。

[18]最初，陀螺控制單元只有在老人星丟失的情況下才能被地面控制打開，但是在1964年12月17日發出的命令使其重新取得自動化權限。

[19]地球是繞著太陽轉動而靠近火星的，所以當航天器到達火星時，它也繞著太陽轉。

[20]這句話是巴德·舒爾邁爾（Bud Schurmeier）說的，盡管他不同意這一觀點。

[21]在海蒂·阿斯帕圖里安（Heidi Aspaturian）的書中可以找到萊頓早年生活和參與早期水手號任務的詳細敘述。

[22]即格里·紐格鮑爾（Gerry Neugebauer），他在紅外行星天文學的發展中起了關鍵作用。

[23]幸運的是，實地圖像與他們所希望的路徑一樣接近，因為僅僅是1英里/小時的誤差也會使火星上的飛行器偏移9000英里。

[24]雖然柯達公司直到20世紀70年代中期才研制出第一臺帶有CCD圖像傳感器的數碼相機，但水手四號的相機是第一臺以由0和1組成的長序列二進制編碼傳輸圖像的相機。

[25]火星的亮度變化大概可以達到50倍。盡管木星通常更明亮（即使是在近日點上）。在2003年8月的沖日期間，火星比夜空中除了月亮和金星以外的所有天體都要亮。

[26]在巴比倫，行星被認為是神的“翻譯”，這使得牧師和天文學家仔細記錄了行星的運動。后來，當巴比倫人的算術方法與希臘人的空間和幾何想象相結合時，行星就被看作是圍繞地球而做圓周運動，而地球是整個系統的中心。火星運行在一個大的本輪上，這就需要解釋它每兩年經歷一次的大回圈，而且由于它回圈的大小不同，其本輪中心必須放在離地球中心偏外的地方。到了16世紀，哥白尼決定把太陽放在系統的中心，火星最大的本輪就不再需要了。因為很明顯，這僅僅是一種透視錯覺，是地球沿著自己的軌道繞太陽運行、追上并超過運行速度較慢的火星時產生的錯覺。1609年，開普勒利用高度橢圓形的火星軌道，計算出了行星軌道的橢圓形，這是他漫長而困難的計算的基礎，也是現代天文學最偉大的發現之一，而這一切都歸功于火星。

[27]Perspicillsum意思是望遠鏡，是伽利略為自己設計制造的望遠鏡的專門命名。（譯者注）

[28]伽利略直到1610年底才觀測到火星。通過望遠鏡，他還發現了月球上的隕石坑和山脈、木星的四顆大衛星和銀河系的恒星。

[29]伽利略甚至懷疑——盡管這是他所能計算的極限——火星顯示出一個相位，使它看起來像一個小小的凸形衛星。

[30]當時世界上最好的伽利略望遠鏡將其放大了20倍，但當伽利略第一次觀察到火星時，它離地球很遠。

[31]例如伽利略在他的第一架望遠鏡中用作目鏡的那種。

[32]1659年11月28日晚上，距離水手四號發射350年。

[33]英制長度單位，1英尺約等于0.3048米。（譯者注）

[34]這個地貌現在被稱為大三角高原，它的深色來自無塵玄武巖。

[35]實際的比例是53%。

[36]意大利天文學家喬凡尼·卡西尼（Giovanni Cassini）是當時另一位主要的火星觀測者，他很快將時間調整為24小時40分鐘。

[37]這就是所謂的色差。

[38]與此同時，天文學家有些絕望地試圖用越來越長的折射望遠鏡來減輕色差問題。惠更斯試著把伸縮管完全省掉，把一個鏡頭裝在一根高桅上，用一根固定在靠近地面的目鏡架上的金屬絲來控制它。當惠更斯尋找它的反射成像并調整鏡頭時，他的助手會拿出一盞燈來照亮鏡頭。惠更斯用長度分別為123英尺、170英尺和210英尺的航空望遠鏡進行了實驗。他們花了很長時間才能對焦，周圍都是散光。盡管他在火星探索之路上走了相當長的距離，但他對火星的觀察并沒有得到顯著改善。與此同時，卡西尼正在一座老舊的木塔上架設100英尺和136英尺焦距的望遠鏡。這座木塔曾被用來從凡爾賽宮抽水，作為路易十四排水計劃的一部分。為了防止他的助手們在黑暗中掉下去，這座塔在208層的頂部安裝了樓梯和陽臺。

[39]直到1722年，約翰·哈德利（John Hadley）才制造出與惠更斯的航空望遠鏡一樣優質的反射器。那時，隨著消色差透鏡的發現，折射鏡再次啟用。這些復合透鏡，燧石玻璃的凹透鏡結合冕牌玻璃（光學玻璃的一種）的凸透鏡一起使用，允許一個透鏡產生的色差很大程度上由另一個透鏡補償（至少在一定的波長范圍，包括眼睛最敏感的黃光）。好的消色差鏡頭在18世紀中期開始使用，但是它們很貴，正是它們昂貴的費用導致赫歇爾建造了反射鏡。

[40]卡羅琳·赫歇爾（Caroline Herschel），她本身就是一位很有成就的天文學家。她是英國皇家天文學會的榮譽會員，并在96歲時被普魯士國王授予科學金獎。

[41]卡西尼和惠更斯也觀察到了極地冰蓋。