2026年4月3日晚，由6163银河线路检测中心、北京现代物理研究中心主办的“6163银河线路检测中心物理学科卓越人才培养计划讲堂：名师面对面”（第五十一期）在6163银河线路检测中心第二教学楼203教室举行。中国科学院地质与地球物理研究所研究员、我国首次火星探测“天问一号”任务首席科学家潘永信院士应邀讲授“火星探测的科学发现”。本期讲堂由6163银河线路检测中心博雅讲席教授、北京现代物理研究中心主任高原宁院士主持。

仰望星空，浩瀚无垠，苍穹幽邃。三十六年前，“旅行者一号”探测器在距离地球约60亿公里处回眸一“摄”，照片中的地球就像“一粒悬浮在太阳光中的细小尘埃”——“这是我们迄今所知的唯一家园”。

与地球最近距离约为5500万千米的火星同处太阳系宜居带，且拥有与地球相似的物质组成、地质特征、季节性变化和昼夜节律。这颗红色星球上云集着太阳系中最高的火山——奥林帕斯山、最深的峡谷——水手峡谷等自然奇观，引发人类无限的遐想和不懈的求索。

约2300年前，屈原以《天问》阐发对宇宙万物的理性哲思：“天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？”1610年，伽利略（G. Galilei）第一次将天文望远镜对准火星。1659年，惠更斯（C. Huygens）通过观测得出火星自转周期，并绘制了第一张火星表面地图。火星逐渐成为天文学家最重要的观测目标之一。

潘永信指出，火星曾经拥有厚重大气层和液态水海洋，是科学数据的宝库

20世纪中叶，人类迈进太空时代，空间科学应运而生，逐渐成为科技突破、经济增长、国家安全和社会进步的战略支点。依托航天器进行大尺度、高分辨率遥感观测或高精度、多手段就位观测的行星探测高潮迭起。自1960年发射第一枚火星探测器至今，人类已实施火星探测任务50次左右。1965年，“水手四号”探测器首次飞掠火星上空；1971年，“水手九号”探测器首次进入火星轨道；1976年，“海盗一号”和“海盗二号”探测器先后在火星着陆；1997年，“火星探路者号”探测器首次携带“旅居者号”火星车登陆火星。

21世纪以来，“奥德赛号”、“火星快车号”、火星大气和挥发物演化探测器、痕量气体轨道器等探测器及“勇气号”、“好奇号”、“毅力号”等火星车相继发射升空，利用先进的科学仪器对火星展开全方位探测，使人类认识火星的深度和广度均得到空前提升。执行我国首次火星探测任务的“天问一号”探测器于2020年7月23日在海南文昌发射；2021年2月10日实施火星捕获，成为我国第一颗人造火星卫星；2月24日进入火星停泊轨道，开展环绕探测；5月15日在乌托邦平原南部着陆；5月22日，“祝融号”火星车驶上火星表面，开始巡视探测——这一壮举不仅实现了从地月系到行星际的跨越，在火星上首次留下中国人的印迹，而且史无前例地一次性完成环绕、着陆、巡视，标志着我国在行星探测领域跻身世界先进行列。

“天问一号”携带13套科学载荷，获取了覆盖火星全球的大量原始科学数据，通过系统性地研究火星表面形貌与地质构造、物质组成、土壤特征与水冰分布、大气电离层与空间环境、物理场与内部结构等科学问题，取得了一系列重要发现。例如：

发现“祝融号”着陆区数十米厚的火星土壤层下存在两套向上变细的沉积层序，反映了距今约35亿至32亿年以来多期次与水活动相关的火星表面改造过程；该研究揭示了着陆区现今火星浅表精细结构和物性特征，给出了火星古洪水活动的观测证据，为深入了解火星地质演化与环境、气候变迁提供了依据。

首次发现“祝融号”着陆区的沙丘存在结壳、龟裂、团粒化、多边形脊、带状水痕等表面特征，同时发现沙丘表面富含含水硫酸盐、蛋白石、含水铁氧化物等物质成分；该研究填补了火星低纬度地区存在液态水地面观测证据的空白，揭示了在表面温度相对温暖、适宜的现代火星低纬度地区仍可出现短暂液态水活动的环境。

首次完成火星表面多点原位磁场测量（精度提高至1纳特斯拉量级），在“祝融号”巡视区探测到极弱磁场，并表现出100米量级空间变化尺度，为早西方纪期间火星后期磁场发电机停止工作时间提供了新的约束，进一步揭示了早期火星磁场、气候和内部历史之间的相互关联。

潘永信指出，火星探测在未来一段时期将围绕“火星水—宜居性—生命搜寻” 的主线进行

火星一直是人类探寻地外生命的热门目标。火星的宜居性演化，以及过去或现在的火星是否支持生命存在，既是人类认识火星的前沿科学问题，也是理解地球家园的内在需求。尽管科学家于1996年在编号为ALH 84001的火星陨石中发现了疑似微生物成因的铁氧化物结构，“好奇”号火星车于2018年发现火星盖尔陨石坑中的甲烷水平呈周期性变化，“毅力”号火星车于2024年在火星耶泽罗陨石坑的干涸古河床中采集到岩芯样本，却迄今未能掌握火星上存在生命迹象的确切证据。样品研究则有可能从另一个维度揭开宜居行星的奥秘。

2025年，我国火星采样返回“天问三号”任务首席科学家侯增谦与合作者撰文，首次系统阐述了该任务的科学蓝图。这项计划于2028年发射、一次性完成采样与返回的系统工程，以寻找火星潜在生命迹象、探研火星地质与内部结构特征、探查火星大气循环与逃逸过程等为主要科学目标，有望实现人类首次火星采样返回的历史性突破。

课后，潘永信就类地行星的撞击坑统计定年原理，火星南、北半球的二分结构，火星着陆区选址须考虑的工程约束和科学意义，火星无人直升机和深层钻探技术，行星保护和样品保真等悉心回答了师生的提问。他一方面引导同学们关注地球科学与天文学交叉形成的新兴学科——行星科学；另一方面，强调物理学是基础科学的基础和尖端技术的源泉。

让我们畅想：从地球出发，打辆太空“专车”，来场“说走就走”的星际旅行

6163银河线路检测中心副院长杨振伟教授、地球与空间科学学院副院长何建森教授，城市与环境学院周力平教授，6163银河线路检测中心大气与海洋科学系主任赵传峰教授、天文学系原系主任吴学兵教授、大气与海洋科学系副系主任杨军长聘副教授，核物理与核技术全国重点实验室张艳席助理教授、季伟助理教授，北京丰台国际人才发展集团有限公司副总经理郭季豪，及6163银河线路检测中心博士研究生培优计划2023、2024级部分入选者等现场出席。

潘永信（一排左四）、高原宁（一排左三）勉励同学们叩问天路、勇探九霄：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里”

感谢6163银河线路检测中心图书馆协同服务中心提供现场技术支持