上文書講到了美國人登月成功了。阿波羅11號(hào)成功的降落在了月球上的靜海地區(qū)。蘇聯(lián)的月球15號(hào)失敗了，沒能實(shí)現(xiàn)月球取樣返回的任務(wù)。因?yàn)榇蠹业淖⒁饬Χ急坏窃滤?，所以，水?號(hào)和7號(hào)就被大家忽略了。這兩個(gè)探測(cè)器正在對(duì)火星進(jìn)行探測(cè)呢。

水手6號(hào)比7號(hào)早了一個(gè)月發(fā)射。水手6號(hào)這一路走的還是比較順利的。大家對(duì)水手6號(hào)也比較關(guān)注，因?yàn)樗?號(hào)已經(jīng)快要到火星了。水手7號(hào)還要過幾天才到呢。沒想到，水手7號(hào)的無線電信號(hào)開始閃爍，時(shí)有時(shí)無的。把地面人員嚇了一跳。馬上組成了一個(gè)7人小組應(yīng)對(duì)這個(gè)麻煩。

大家分析了數(shù)據(jù)，認(rèn)為是水手7號(hào)狀態(tài)不穩(wěn)，正在翻跟頭呢。所以天線無法長(zhǎng)時(shí)間盯著地球方向，所以信號(hào)才出現(xiàn)閃爍?，F(xiàn)在的首要任務(wù)是重新建立無線電聯(lián)系。大家折騰了半天，最后是澳大利亞的堪培拉測(cè)控站收到了水手7號(hào)的信號(hào)。測(cè)控人員利用堪培拉的大天線對(duì)著水手7號(hào)發(fā)指令，讓水手7號(hào)重新進(jìn)行星光校準(zhǔn)。這樣就可以吧姿態(tài)穩(wěn)定下來。

信號(hào)發(fā)出去了，水手7號(hào)閃爍的信號(hào)開始穩(wěn)定下來，信號(hào)也越來越強(qiáng)了。到最后慢慢穩(wěn)定下來，這說明水手7號(hào)不再翻跟頭了。這到底是怎么回事呢？因?yàn)檫@種深空探測(cè)器都是靠探測(cè)星光來穩(wěn)定自己的姿態(tài)。一方面要盯住太陽，另外還得盯住老人星，或者是參宿四。盯住這幾顆星，就能調(diào)整自己的姿態(tài)，保持探測(cè)器姿態(tài)穩(wěn)定。但是吧，如果探測(cè)器調(diào)整姿態(tài)的時(shí)候噴了點(diǎn)什么東西出來，比如弄出少許顆粒在航天器旁邊亂飄，陽光一照，顆粒被照亮，這東西會(huì)干擾星光校準(zhǔn)器。人家把照亮的小顆粒當(dāng)星星跟蹤了。那可不就開始翻跟頭了嘛。

水手7號(hào)是正常了，水手6號(hào)上的一個(gè)冷卻裝置出克毛病，用來研究火星底層大氣的探測(cè)器也就沒辦法用了。不過呢，也就是這點(diǎn)毛病，其他的傳感器都是好的。

用水手6號(hào)發(fā)回照片拼接的動(dòng)畫

水手6號(hào)的攝像頭已經(jīng)打開了，地面人員也已經(jīng)可以看到水手6號(hào)奔著火星就沖過去。這些照片都是先要保存在磁帶的上，然后在慢慢傳回地球。地面人員看到火星的樣子和上次水手4號(hào)拍攝的照片很不一樣。上次水手4號(hào)拍攝到的照片看起來跟月亮差不多。全都是大坑套著小坑，都是被隕石給砸的嘛?？墒沁@一次，地面人員從發(fā)回的照片里看到了更加復(fù)雜的地形結(jié)構(gòu)。火星表面甚至有很多混亂的地形。

火星表面的混亂地形

這說明啥呢？要么就是凍土帶解凍了，地下冰雪融化，地形膨脹，導(dǎo)致地表出現(xiàn)不規(guī)則的褶皺。要么就是大型火山，導(dǎo)致地下出現(xiàn)了熔巖管道，這個(gè)管道坍塌了，因此地面上看到一道傷疤一樣的結(jié)構(gòu)。反正這些地形地貌都說明，火星和月球不一樣。上次大家都被水手4號(hào)的照片給誤導(dǎo)了。

地上明顯有一道凹槽

這一次水手6號(hào)和7號(hào)還是飛掠而過。水手6號(hào)是斜著從赤道附近擦過去，因此沿著火星的腰部，拍攝的照片可以拼成一長(zhǎng)條。大家發(fā)現(xiàn)，那些巨大的隕石坑底部都比較平。說明這些大坑的比較古老。時(shí)間長(zhǎng)了，坑底都被沙子和泥土慢慢填平了。

大小隕石坑的對(duì)比

小坑倒是很新，因?yàn)榈撞慷急容^深，有些環(huán)形山中心還會(huì)有個(gè)小山包。因?yàn)榇笮碗E石砸下來的時(shí)候，火星表面盡管是固體，但是在高速撞擊之下，也會(huì)表現(xiàn)出類似液體的行為。地面會(huì)出現(xiàn)一個(gè)巨大的漣漪。中心點(diǎn)下凹下去再鼓起來，在鼓起一座小山尖的時(shí)候，大地固化了。這個(gè)小山尖就保留下來了。

那么好了，越大的隕石坑就越古老。越小的反而越年輕，這說明啥呢？火星早期遭遇的小天體都比較大？這個(gè)現(xiàn)象很值得研究。

水手6號(hào)上還裝著好幾個(gè)光譜儀，有紅外的，有紫外的。盡管有一個(gè)紅外裝置的制冷設(shè)備壞了，沒關(guān)系，傳感器也不止這一個(gè)。通過紅外波段可以計(jì)算出火星地面的溫度，地面的氣壓之類的數(shù)據(jù)，通過紫外線傳感器，可以研究火星的高層大氣，高層大氣受到太陽短波輻射的激發(fā)，會(huì)產(chǎn)生紫外線。通過這些數(shù)據(jù)，大家發(fā)現(xiàn)，有一塊地方的地表氣壓比較低，這說明啥呢？這個(gè)地方是一片高原，比周圍地區(qū)高出了好幾公里。直徑大概也有一百多公里。這片高地面積還不小呢，這到底是怎么形成的？是火山爆發(fā)還是板塊擠壓？火星上有板塊嗎？

后邊，地面的研究人員又看到了不可思議的景象，有一大片地區(qū)，完全是光滑的，沒有任何隕石坑。這塊地方的尺度起碼一千多公里。怎么會(huì)一個(gè)隕石坑都沒有呢？這不正常啊，有哪種力量能抹平隕石坑呢？流水沖刷嗎？還是說，這個(gè)地方是個(gè)干湖床？要多少水才能沖刷出這么大一片？火星上有這么多水嗎？

科學(xué)家們判斷，應(yīng)該是風(fēng)吹的吧?；鹦悄窍”〉拇髿馀c沒有辦法吹出這么大的風(fēng)？總是，謎團(tuán)越來越多了。不過大家可以肯定，這可比月球復(fù)雜多了。火星一定有一個(gè)完全不一樣的歷史。

火星南極的極冠

水手7號(hào)比水手6號(hào)晚一點(diǎn)到達(dá)火星。水手6號(hào)等于起到了打前站的作用。大家在畫面上看到火星的南極極冠特別亮，因此臨時(shí)改變了計(jì)劃，讓水手7號(hào)從火星的南極上空飛過去，就是為了好好拍攝一下火星的極地冰層。

火星的南北極也有極冠，北極的極冠在夏天會(huì)消失，南極的也會(huì)縮小，但是并不會(huì)消失。你可能會(huì)覺得，火星的極冠就像地球上的南極大陸那樣，到處都是潔白一片?？茖W(xué)家們最開始看到的火星南極照片也是這樣。但是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以后壓低亮度，加大對(duì)比度，大家發(fā)現(xiàn)，火星南極的冰層并不是純白的。里面也有層層疊疊的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。而且也有深淺高低。當(dāng)時(shí)科學(xué)家們判定，極冠很薄，干冰積雪只有幾公分厚。下邊可能會(huì)有很厚的水冰，但是照片上看不出來。還得分析紅外線數(shù)據(jù)才能知道。因?yàn)楦杀退姆瓷涔庾V還是不一樣的。

有關(guān)火星上的冰層，我們先要建立一個(gè)觀念，那就是火星上的氣溫比地球上低多了。夜里地面氣溫大致是在零下73度~125度之間。零下100度那是家常便飯。赤道附近氣溫最高的時(shí)候，也就是零上20度，絕大多數(shù)地區(qū)達(dá)不到這個(gè)氣溫。長(zhǎng)年以來，火星的環(huán)境就是如此。所以，在南北極地區(qū)，即便是有水冰，這些冰也從來就沒融化過。根據(jù)后來大量探測(cè)器發(fā)回的數(shù)據(jù)，這些水冰往往含有不少的塵埃，所以顏色也不像地球上冰山，白得耀眼，白得晶瑩剔透。而是臟兮兮的，一點(diǎn)也不好看。當(dāng)然，深層的冰就沒什么塵埃，越靠近地表，冰就越臟。

水手7號(hào)拍攝的彩色照片

根據(jù)現(xiàn)代探測(cè)是數(shù)據(jù)，火星南極的冰蓋厚度大概是3公里，北極大概是2.5公里。這個(gè)厚度跟地球南極的冰蓋其實(shí)差不多厚。只是顏色不好看。我們看到的隨季節(jié)漲落的白色冰雪，那不是水冰，而是二氧化碳構(gòu)成的干冰。在火星的兩極地區(qū)，氣溫可以下降到二氧化碳的凝固點(diǎn)以下，二氧化碳?xì)怏w會(huì)直接出現(xiàn)凝華現(xiàn)象，從氣體直接變成固體顆粒，凝結(jié)在大地上。在北極的冬天，這種干冰可以積攢到1米厚。夏天到來，這些干冰也就全部升華了。所以火星北極夏天幾乎看不到極冠。但是南極就不一樣了。南極遠(yuǎn)比北極冷，冬天積攢的干冰厚度可以達(dá)到8米厚。夏天來臨，干冰層會(huì)變薄，但是不會(huì)消失。所以，火星南極的極冠會(huì)漲落，但是不會(huì)消失。

所以，火星南北極的極冠，其實(shí)是覆蓋在水冰層上面的干冰層。干冰層有漲落，水冰層從來也沒達(dá)到融化的溫度，因此基本不會(huì)有什么變化。當(dāng)然，我們?nèi)绻麖穆L(zhǎng)的地質(zhì)年代角度來看，火星歷史上也并不總是這么寒冷。南北極的冰層也不是短時(shí)間內(nèi)積攢到這么厚的。冰層也是一層一層分層的，每一層都對(duì)應(yīng)著火星氣候的變遷，而且火星地軸的擺動(dòng)，也會(huì)影響冰層的發(fā)育。

當(dāng)然啦?；鹦堑乇須鉁仄毡槎急容^低。因此中低緯度地區(qū)也有不少的水冰，只不過，不如兩極多而已。很多冰雪都被埋在地下，露出來的不多。在中緯度地區(qū)也發(fā)現(xiàn)過冰川地形，這說明在中緯度地區(qū)也曾經(jīng)出現(xiàn)過很厚的冰川，現(xiàn)在估計(jì)是火星地軸發(fā)生傾斜，導(dǎo)致原本不夠冷的地區(qū)變冷了。

水手6號(hào)和7號(hào)拍攝的覆蓋范圍

總之，水手6號(hào)7號(hào)的數(shù)據(jù)總返回量為640兆。水手6號(hào)發(fā)回了49張火星遠(yuǎn)景圖像和26張近景圖像，水手7號(hào)發(fā)回了93張遠(yuǎn)景圖像和33張近景圖像。近景特寫圖像覆蓋了火星表面的20%。這一次比上次水手4號(hào)的成果要豐富多了?？上н@一次仍然是飛掠而過，沒有辦法長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，要實(shí)現(xiàn)剎車減速，進(jìn)入環(huán)繞火星運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道，只有等下一次了。不過這一次倒是利用探測(cè)器繞到火星背后的機(jī)會(huì)，利用地面無線電和探測(cè)器之間的通信，探測(cè)了火星大氣的折射率變化，也就間接測(cè)量的火星大氣密度的分層。這種做法都是常規(guī)操作了。

蘇聯(lián)人還是一如既往的盯著金星，在1970年的8月份，他們發(fā)射了金星7號(hào)。他們這次是完全學(xué)乖了。把冗余做大。著陸器內(nèi)部加了保溫材料，就是為了這個(gè)探測(cè)器能在金星大氣之中多堅(jiān)持一陣子。殼子用鈦合金來制造能夠承擔(dān)180巴的大氣壓和580度的高溫。降落傘的面積也減小了，只有2.8平方米。相當(dāng)于前幾次用的那個(gè)引導(dǎo)傘。就是為了探測(cè)器快點(diǎn)穿過金星大氣，落到金星表面。

這個(gè)探測(cè)器是1970年的年底到達(dá)金星的。12月15號(hào)，著陸器從主探測(cè)器上分離，進(jìn)入了金星的夜間大氣，先利用金星的大氣層來減速，到達(dá)60公里的高空，降落傘打開，天線展開，著陸器開始往地球發(fā)動(dòng)無線電信號(hào)。6分鐘之后，降落傘裂開了。這可不是意外，而是專門的設(shè)計(jì)，就是為了降落速度更快。29分鐘之后，這個(gè)著陸器撞到了金星的地面，也就是說著陸成功了。然后就沒信號(hào)了。這說明著陸器已經(jīng)摔壞了。

金星7號(hào)模型，可以看到降落傘很小

不過蘇聯(lián)人用于記錄數(shù)據(jù)的磁帶一直在轉(zhuǎn)，一直沒有停。事后，蘇聯(lián)人又從錄制磁帶里挖出了23分鐘的數(shù)據(jù)。這些信號(hào)非常微弱，因?yàn)樘炀€歪了，根本沒有對(duì)著地球方向。前后整個(gè)著陸過程之中，天線都是歪的，能解讀出來的數(shù)據(jù)只有溫度。不過呢，利用多普勒頻移，大家發(fā)現(xiàn)，這個(gè)著陸器落地之后還彈跳了幾次。根據(jù)多普勒頻移可以計(jì)算出速度，也就可以根據(jù)速度變化計(jì)算出大氣阻力，利用大氣的阻力，進(jìn)而反推大氣壓力。最后得到了金星表面的環(huán)境溫度475±20°C，氣壓是90±15巴，和大家的預(yù)期是相符的。

當(dāng)然啦，這個(gè)窗口期，蘇聯(lián)人也是連發(fā)了兩枚金星探測(cè)器，只不過后一枚發(fā)射失敗了。沒有獲得正式編號(hào)罷了。就在1969~1970年間，蘇聯(lián)也是連續(xù)發(fā)射了好幾顆月球著陸器，可惜也沒有成功。當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)有點(diǎn)走背運(yùn)，總是發(fā)射失敗。一直到1970年的9月份，月球16號(hào)才發(fā)射成功了。

月球16號(hào)正在測(cè)試

月球15和16幾乎是一模一樣的，只是月球15發(fā)射倉促，最后沒能完成任務(wù)。蘇聯(lián)人的數(shù)學(xué)非常強(qiáng)，他們發(fā)現(xiàn)了一組地月往返軌道，只要沿著這個(gè)彈道走，幾乎不用修正。從月球表面起飛就能直接飛回地球，靠地球的引力消除各種誤差。但是，這個(gè)方案對(duì)落月的落點(diǎn)有要求，只能落在月球上東經(jīng)56度的赤道附近地帶。只要算準(zhǔn)了時(shí)間，從這個(gè)位置起飛，可以直接飛回地球?？墒沁@個(gè)地區(qū)到底是不是平坦呢？要是全是山，全是斜坡，那就夠嗆了。好在根據(jù)月球12號(hào)拍攝的照片，這個(gè)地方應(yīng)該是平的。而且這個(gè)地方和阿波羅登月的地點(diǎn)不重合，采集的月壤依然有科學(xué)意義。

月球15和16號(hào)的往返軌跡

月球16號(hào)探測(cè)器外觀比較猥瑣。這個(gè)探測(cè)器是由各種大大小小的球組成的。中間一根柱子比較長(zhǎng)，頂頭是一個(gè)球，柱子底部中間是個(gè)大球，一左一右各接著一個(gè)球，這兩個(gè)球是燃料罐。最后飛回地球的就是這么個(gè)東西，其他的全扔了。

探測(cè)器的底座帶一個(gè)采樣臂，帶了一個(gè)打孔用的鉆機(jī)可以鉆進(jìn)地里，獲取38厘米長(zhǎng)的那么一根巖心樣品。然后放進(jìn)返回艙的樣品罐里。采集足夠的樣品之后，罐子封閉，下一步就是返回地球。

發(fā)射這個(gè)探測(cè)器用的是質(zhì)子號(hào)火箭，運(yùn)載能力和我國的長(zhǎng)征5號(hào)差不多。只是這個(gè)火箭用的是毒發(fā)，也就是偏二甲肼+四氧化二氮。而且這個(gè)毒發(fā)還是分級(jí)燃燒的。性能很不錯(cuò)，可惜可靠性差了點(diǎn)。這一次專門做了改進(jìn)，在接下來的一年里，連續(xù)成功了9次。

月球16號(hào)降落過程

月球16號(hào)從地球發(fā)射，繞著地球轉(zhuǎn)了270度以后就奔著登月軌道去了。這次旅程大約要花費(fèi)102小時(shí)，然后就進(jìn)入了環(huán)繞月球運(yùn)行的軌道。然后地面測(cè)控人員小心地發(fā)出指令，讓月球16號(hào)調(diào)整軌道，降低近月點(diǎn)。在9月20號(hào)，月球16號(hào)進(jìn)入到著陸過程，發(fā)動(dòng)機(jī)開反推運(yùn)行了270秒，然后就看著月球16號(hào)慢慢下降，在距離月球600米高的地方，發(fā)動(dòng)機(jī)再次開機(jī)減速，一直到20米的高度上主發(fā)動(dòng)機(jī)徹底關(guān)機(jī)。這時(shí)候，只靠游機(jī)來減速就夠了。最后，游機(jī)在2米高度上關(guān)機(jī)，探測(cè)器降落到了月球的表面，這是4年來蘇聯(lián)探測(cè)器第一次成功的著陸在月球上。

探測(cè)器一落地，馬上打開了360度全景相機(jī)，到底在哪兒下鏟子，沒有圖是不行的?？上КF(xiàn)在太陽已經(jīng)下山了，當(dāng)?shù)匾黄岷?。原本探測(cè)器外邊裝了泛光燈，可惜泛光燈不亮，不知道哪兒壞了。地面控制人員只能摸黑干活了。最后鉆機(jī)鉆取了35厘米的巖心裝進(jìn)了返回艙里。不是應(yīng)該鉆取38厘米嗎？沒轍，打洞達(dá)到35厘米的深度發(fā)現(xiàn)下邊太硬，打不動(dòng)了。那就索性不再繼續(xù)打了，有35厘米也就夠了。

月球16號(hào)上升段

完成工作以后，上升段的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，把返回艙加速到了2.7公里/秒。只要垂直起飛就足夠了，這種軌道是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的。月球在繞著地球公轉(zhuǎn)，別看現(xiàn)在地球并不在頭頂。但是等到返回艙飛回來的時(shí)候，地球恰好移動(dòng)到返回艙的軌跡上，兩者恰好相遇。燃料罐燒光了，返回艙和上升段分離。最后回到地球的就是月球16號(hào)頂上的那個(gè)球而已。

當(dāng)然啦，蘇聯(lián)這種軌道設(shè)計(jì)局限很大，地點(diǎn)根本無法靈活選擇。沒辦法，當(dāng)時(shí)自動(dòng)控制能力有限，只能從月球起飛直接飛回地球，軌道也只能死磕死的，采取不動(dòng)腦子直接垂直起飛就行的設(shè)計(jì)。后來我國的嫦娥5號(hào)6號(hào)選擇余地就大多了，自動(dòng)化水平也完全不一樣。我國的取樣返回過程幾乎和阿波羅登月的流程一模一樣。只是送的是巖石樣本而不是人罷了。這都是后話了。

返回艙在哈薩克斯坦大草原上著陸，搜尋人員找到了這個(gè)球以后，迅速運(yùn)到了莫斯科的沃爾納德斯基比較行星學(xué)實(shí)驗(yàn)室。在一個(gè)充滿了惰性氣體氦的無菌室里打開了這個(gè)返回艙。從中取出了101克月球巖石樣本。盡管當(dāng)時(shí)美國人已經(jīng)通過阿波羅11號(hào)和12號(hào)，從月球上挖回50多公斤的月壤。但是蘇聯(lián)人挖的月壤地點(diǎn)不一樣，還是有研究意義的。

月球16號(hào)帶回的月壤放大特寫

蘇聯(lián)人拿出3克樣品和美國人做了交換。通過比較蘇聯(lián)獲取的月壤和阿波羅12號(hào)的月壤樣本，大家發(fā)現(xiàn)成分是很相似的，都含有玻璃和類似金屬的顆粒。

至此，蘇聯(lián)人終于挽回了一點(diǎn)面子，畢竟他們宣稱無人探測(cè)器比阿波羅飛船的價(jià)錢便宜20倍。不過把那些發(fā)射失敗的也算上，也就便宜不到哪里去了。下一步，他們要發(fā)射月球17號(hào)，這個(gè)探測(cè)器究竟有什么不一樣呢？我們下回再說。