上文書講到了美國人登月成功了。阿波羅11號成功的降落在了月球上的靜海地區(qū)。蘇聯(lián)的月球15號失敗了，沒能實現月球取樣返回的任務。因為大家的注意力都被登月所吸引，所以，水手6號和7號就被大家忽略了。這兩個探測器正在對火星進行探測呢。

水手6號比7號早了一個月發(fā)射。水手6號這一路走的還是比較順利的。大家對水手6號也比較關注，因為水手6號已經快要到火星了。水手7號還要過幾天才到呢。沒想到，水手7號的無線電信號開始閃爍，時有時無的。把地面人員嚇了一跳。馬上組成了一個7人小組應對這個麻煩。

大家分析了數據，認為是水手7號狀態(tài)不穩(wěn)，正在翻跟頭呢。所以天線無法長時間盯著地球方向，所以信號才出現閃爍?，F在的首要任務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控站收到了水手7號的信號。測控人員利用堪培拉的大天線對著水手7號發(fā)指令，讓水手7號重新進行星光校準。這樣就可以吧姿態(tài)穩(wěn)定下來。

信號發(fā)出去了，水手7號閃爍的信號開始穩(wěn)定下來，信號也越來越強了。到最后慢慢穩(wěn)定下來，這說明水手7號不再翻跟頭了。這到底是怎么回事呢？因為這種深空探測器都是靠探測星光來穩(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，就能調整自己的姿態(tài)，保持探測器姿態(tài)穩(wěn)定。但是吧，如果探測器調整姿態(tài)的時候噴了點什么東西出來，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，這東西會干擾星光校準器。人家把照亮的小顆粒當星星跟蹤了。那可不就開始翻跟頭了嘛。

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

用水手6號發(fā)回照片拼接的動畫

水手6號的攝像頭已經打開了，地面人員也已經可以看到水手6號奔著火星就沖過去。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號拍攝的照片很不一樣。上次水手4號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雜的地形結構。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，導致地表出現不規(guī)則的褶皺。要么就是大型火山，導致地下出現了熔巖管道，這個管道坍塌了，因此地面上看到一道傷疤一樣的結構。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號的照片給誤導了。

地上明顯有一道凹槽

這一次水手6號和7號還是飛掠而過。水手6號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條。大家發(fā)現，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。時間長了，坑底都被沙子和泥土慢慢填平了。

大小隕石坑的對比

小坑倒是很新，因為底部都比較深，有些環(huán)形山中心還會有個小山包。因為大型隕石砸下來的時候，火星表面盡管是固體，但是在高速撞擊之下，也會表現出類似液體的行為。地面會出現一個巨大的漣漪。中心點下凹下去再鼓起來，在鼓起一座小山尖的時候，大地固化了。這個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？這個現象很值得研究。

水手6號上還裝著好幾個光譜儀，有紅外的，有紫外的。盡管有一個紅外裝置的制冷設備壞了，沒關系，傳感器也不止這一個。通過紅外波段可以計算出火星地面的溫度，地面的氣壓之類的數據，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)，會產生紫外線。通過這些數據，大家發(fā)現，有一塊地方的地表氣壓比較低，這說明啥呢？這個地方是一片高原，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。怎么會一個隕石坑都沒有呢？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，這個地方是個干湖床？要多少水才能沖刷出這么大一片？火星上有這么多水嗎？

科學家們判斷，應該是風吹的吧?；鹦悄窍”〉拇髿馀c沒有辦法吹出這么大的風？總是，謎團越來越多了。不過大家可以肯定，這可比月球復雜多了?；鹦且欢ㄓ幸粋€完全不一樣的歷史。

火星南極的極冠

水手7號比水手6號晚一點到達火星。水手6號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，因此臨時改變了計劃，讓水手7號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消失，南極的也會縮小，但是并不會消失。你可能會覺得，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家們最開始看到的火星南極照片也是這樣。但是對數據進行處理以后壓低亮度，加大對比度，大家發(fā)現，火星南極的冰層并不是純白的。里面也有層層疊疊的復雜結構。而且也有深淺高低。當時科學家們判定，極冠很薄，干冰積雪只有幾公分厚。下邊可能會有很厚的水冰，但是照片上看不出來。還得分析紅外線數據才能知道。因為干冰和水冰的反射光譜還是不一樣的。

有關火星上的冰層，我們先要建立一個觀念，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候，也就是零上20度，絕大多數地區(qū)達不到這個氣溫。長年以來，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。根據后來大量探測器發(fā)回的數據，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，一點也不好看。當然，深層的冰就沒什么塵埃，越靠近地表，冰就越臟。

水手7號拍攝的彩色照片

根據現代探測是數據，火星南極的冰蓋厚度大概是3公里，北極大概是2.5公里。這個厚度跟地球南極的冰蓋其實差不多厚。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以下，二氧化碳氣體會直接出現凝華現象，從氣體直接變成固體顆粒，凝結在大地上。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。南極遠比北極冷，冬天積攢的干冰厚度可以達到8米厚。夏天來臨，干冰層會變薄，但是不會消失。所以，火星南極的極冠會漲落，但是不會消失。

所以，火星南北極的極冠，其實是覆蓋在水冰層上面的干冰層。干冰層有漲落，水冰層從來也沒達到融化的溫度，因此基本不會有什么變化。當然，我們如果從漫長的地質年代角度來看，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間內積攢到這么厚的。冰層也是一層一層分層的，每一層都對應著火星氣候的變遷，而且火星地軸的擺動，也會影響冰層的發(fā)育。

當然啦?；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)現過冰川地形，這說明在中緯度地區(qū)也曾經出現過很厚的冰川，現在估計是火星地軸發(fā)生傾斜，導致原本不夠冷的地區(qū)變冷了。

水手6號和7號拍攝的覆蓋范圍

總之，水手6號7號的數據總返回量為640兆。水手6號發(fā)回了49張火星遠景圖像和26張近景圖像，水手7號發(fā)回了93張遠景圖像和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號的成果要豐富多了?？上н@一次仍然是飛掠而過，沒有辦法長時間觀測，要實現剎車減速，進入環(huán)繞火星運轉的軌道，只有等下一次了。不過這一次倒是利用探測器繞到火星背后的機會，利用地面無線電和探測器之間的通信，探測了火星大氣的折射率變化，也就間接測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。他們這次是完全學乖了。把冗余做大。著陸器內部加了保溫材料，就是為了這個探測器能在金星大氣之中多堅持一陣子。殼子用鈦合金來制造能夠承擔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。相當于前幾次用的那個引導傘。就是為了探測器快點穿過金星大氣，落到金星表面。

這個探測器是1970年的年底到達金星的。12月15號，著陸器從主探測器上分離，進入了金星的夜間大氣，先利用金星的大氣層來減速，到達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)動無線電信號。6分鐘之后，降落傘裂開了。這可不是意外，而是專門的設計，就是為了降落速度更快。29分鐘之后，這個著陸器撞到了金星的地面，也就是說著陸成功了。然后就沒信號了。這說明著陸器已經摔壞了。

金星7號模型，可以看到降落傘很小

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

當然啦，這個窗口期，蘇聯(lián)人也是連發(fā)了兩枚金星探測器，只不過后一枚發(fā)射失敗了。沒有獲得正式編號罷了。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。當時蘇聯(lián)有點走背運，總是發(fā)射失敗。一直到1970年的9月份，月球16號才發(fā)射成功了。

月球16號正在測試

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。蘇聯(lián)人的數學非常強，他們發(fā)現了一組地月往返軌道，只要沿著這個彈道走，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，這個方案對落月的落點有要求，只能落在月球上東經56度的赤道附近地帶。只要算準了時間，從這個位置起飛，可以直接飛回地球。可是這個地區(qū)到底是不是平坦呢？要是全是山，全是斜坡，那就夠嗆了。好在根據月球12號拍攝的照片，這個地方應該是平的。而且這個地方和阿波羅登月的地點不重合，采集的月壤依然有科學意義。

月球15和16號的往返軌跡

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

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

發(fā)射這個探測器用的是質子號火箭，運載能力和我國的長征5號差不多。只是這個火箭用的是毒發(fā)，也就是偏二甲肼+四氧化二氮。而且這個毒發(fā)還是分級燃燒的。性能很不錯，可惜可靠性差了點。這一次專門做了改進，在接下來的一年里，連續(xù)成功了9次。

月球16號降落過程

月球16號從地球發(fā)射，繞著地球轉了270度以后就奔著登月軌道去了。這次旅程大約要花費102小時，然后就進入了環(huán)繞月球運行的軌道。然后地面測控人員小心地發(fā)出指令，讓月球16號調整軌道，降低近月點。在9月20號，月球16號進入到著陸過程，發(fā)動機開反推運行了270秒，然后就看著月球16號慢慢下降，在距離月球600米高的地方，發(fā)動機再次開機減速，一直到20米的高度上主發(fā)動機徹底關機。這時候，只靠游機來減速就夠了。最后，游機在2米高度上關機，探測器降落到了月球的表面，這是4年來蘇聯(lián)探測器第一次成功的著陸在月球上。

探測器一落地，馬上打開了360度全景相機，到底在哪兒下鏟子，沒有圖是不行的?？上КF在太陽已經下山了，當地一片漆黑。原本探測器外邊裝了泛光燈，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。最后鉆機鉆取了35厘米的巖心裝進了返回艙里。不是應該鉆取38厘米嗎？沒轍，打洞達到35厘米的深度發(fā)現下邊太硬，打不動了。那就索性不再繼續(xù)打了，有35厘米也就夠了。

月球16號上升段

完成工作以后，上升段的發(fā)動機點火，把返回艙加速到了2.7公里/秒。只要垂直起飛就足夠了，這種軌道是經過精心設計的。月球在繞著地球公轉，別看現在地球并不在頭頂。但是等到返回艙飛回來的時候，地球恰好移動到返回艙的軌跡上，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號頂上的那個球而已。

當然啦，蘇聯(lián)這種軌道設計局限很大，地點根本無法靈活選擇。沒辦法，當時自動控制能力有限，只能從月球起飛直接飛回地球，軌道也只能死磕死的，采取不動腦子直接垂直起飛就行的設計。后來我國的嫦娥5號6號選擇余地就大多了，自動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球以后，迅速運到了莫斯科的沃爾納德斯基比較行星學實驗室。在一個充滿了惰性氣體氦的無菌室里打開了這個返回艙。從中取出了101克月球巖石樣本。盡管當時美國人已經通過阿波羅11號和12號，從月球上挖回50多公斤的月壤。但是蘇聯(lián)人挖的月壤地點不一樣，還是有研究意義的。

月球16號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號的月壤樣本，大家發(fā)現成分是很相似的，都含有玻璃和類似金屬的顆粒。

至此，蘇聯(lián)人終于挽回了一點面子，畢竟他們宣稱無人探測器比阿波羅飛船的價錢便宜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，這個探測器究竟有什么不一樣呢？我們下回再說。