5月15日，天问一号探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得成功。作为地球在太阳系的“行星近邻”，火星上首次留下中国人前来拜访的印迹。
自古以来，变幻莫测、荧荧如火的火星，在峻冷星空中的“傲娇”身姿，就吸引了人类关注的目光。从颜值到性格，火星浑身上下都充满了科学谜团，这正是火星最大的魅力所在。
北半球上方火星影像。北半球影像由“天问一号”中分辨率相机于北京时间2021年3月18日拍摄，此时环绕器轨道高度约1.15万千米。新华社发（国家航天局供图）
火星大气和气候存在许多研究难点
据著名天体与地球化学家、中国科学院院士欧阳自远在其主编的《火星科学概论》一书中介绍，对于任何行星而言，要了解其形成与演化，首先必须要了解其表面与空间环境、形貌构造、物质成分和内部结构这四大科学内涵。
人类开展火星探测的科学聚焦点，首先是火星表面与空间环境。因为对于火星航天器、科学仪器、乃至未来登上火星的航天员来说，火星空间辐射环境异常危险。
↑这张自然色照片反映了火星的真实颜色。
火星空间辐射的来源主要有两个：银河宇宙线和太阳高能粒子事件。由于火星大气密度只有地球大气的1%，且火星没有任何全球性的内禀磁场来阻止高能粒子的“轰击”，火星探测器等很容易受到空间辐射的损害。
也正是因为没有全球性内禀磁场及其保护，近火星的空间环境与地球空间环境明显不同，火星大气直接受到太阳风等“侵蚀”。尽管目前对火星大气已有相当了解，但有关火星大气及火星气候，还存在许多研究难点。
移民火星后，人们可能不得不在底下的庇护所中躲避辐射。图片来源Phys.org
火星大气的形成与演化机制，一直是国际火星研究的核心问题。探寻火星大气是否也像地球大气层那样，存在对流层、平流层等层次结构，是火星表面与空间环境研究的重要内容。
火星上频繁发生的强大尘暴，是火星大气运动的一个特色。火星风场的特性、及其短期、长期的时空变化规律、火星尘暴形成与扩散机制、控制因素、活动规律等，是目前火星环境研究的热点。
尘暴（dust devil）（图片来源：NASA）
太阳风与火星大气的耦合机制，目前在学术界也存在争议。学术界大多认为热辐射是火星大气运动的主要驱动力，但电化学的重要作用也得到越来越多的认可。
火星的形貌构造、
物质成分、火山地震等都待研究
火星的“颜值”--地形地貌与地质构造，是外力和内力综合作用的结果。
火星平坦的北半球与凹凸不平的南半球，反映出怎样的地质作用？布满火星表面的古水流体系，是在什么时候怎样形成的？火星上的古河床、熔岩流、风蚀构造等地貌特征，反映了火星地质演化历史的哪一个阶段、什么样的气候特征？
国家航天局发布3幅由我国首次火星探测任务天问一号探测器拍摄的高清火星影像图。新华社发（国家航天局供图）
火星上布满了各种类型的环形山，哪些是撞击成因，哪些是火山成因？其大小分布等反映出不同历史时期怎样的撞击历史？这些撞击历史对火星自身演化进程有多大影响？对包括地球在内的其他类地行星又有什么启示？
火星岩石和矿物种类有多少？分布情况如何？特别是沉积岩含水矿物的分布情况如何？暴露在火星表面的这些物质，受到太空风化、流水侵蚀等外界作用的何种影响？这些反映火星在其漫长的地质历史时期如何演变的信息，目前科学家知之甚少。
这是国家航天局公布的“天问一号”拍摄的高清火星影像图。新华社发（国家航天局供图）
与所有类地行星一样，火星表面同样覆盖着一层松散堆积物，即通常所说的土壤层。它不但是火星外壳参与外动力地质作用最活跃的部分，更是火星内部物质演化在其表面的最终体现；是了解火星化学演化历史最直接、最基础的样本，是火星在其地质史上水的作用载体，更可能存在生命的信息储存库。因此，火星土壤成分、组成结构、厚度及空间分布，也是目前火星探测的重点。
火山活动是内动力地质作用的主要表现之一。迄今，人类已在火星表面发现了为数众多的火山，有的被认为是太阳系内最大的火山，有的火山目前还在活动，这说明火山活动的强烈性和频繁性，可能是火星地质作用的一个特点。
（埃律西昂平原上的一处火山熔岩，堆积出绳状外观，原图为黑白照片且无比例尺，图源：NASA）
火星地震也是目前火星探测中重要的科学问题。地震主要是新构造活动的表现，也是火山活动的表现，通过火星与地球地震活动的比较性研究，可进一步综合研究固体行星外壳活动的最终动力来源。
到火星探寻生命迹象
回答人类“终极追问”
茫茫宇宙，我们的地球是不是唯一存在生命的星球？人类的这一终极追问，也希望能到火星上寻找答案。火星上是否存在、或者曾经存在生命物质？一直都是火星探测的热点与重点，也是人类开展火星探测的基本出发点。
寻找火星岩石与土壤中可能存在的微生物或生物化石，是解决这一科学谜团的关键。探寻火星大气和土壤中的有机组分，如生物成因的甲烷，能够为火星生命存在与否提供重要佐证。开展与生命信息相关的综合性探寻与分析，是探索火星生命物质存在与演化的延伸。
图片来源：NASA
例如，极地是火星上气候比较稳定、而磁场空间辐射环境比较复杂的特殊区域，其冰盖中，保存着有关大气、水等环境演化的历史记录。因此，冰盖的成分、冰层的结构、厚度分布活动过程及控制因素，也是目前国际火星探测的热点之一。
火星沉积岩和含水矿物的种类及其分布，是了解火星过去水体发育程度的一个重要指标。水体的发育程度是探索火星生命的重要内容，火星表面古河道体系的大小规模和分布规律，对于理解火星水体及其发育程度非常重要。结合地形地貌特征，就可以了解火星水的演化历史、消失机制，对于开展火星地貌研究具有重要科学意义。
这是美国宇航局火星勘探轨道飞行器（MRO）2011年在轨道上拍摄的火星同一区域的变化，照片显示坑壁上流动的液体痕迹在从晚春到早秋的这段时间里，变得更长且颜色变暗了。这些都是火星表面温暖季节出现液态水流动的证据。（图源：腾讯太空）
我国对火星开展全球综合探测
和重点地区精细探测
据介绍，我国首次火星探测的科学目标，是通过环绕探测，开展火星全球性和综合性的探测；通过巡视探测，开展火星表面重点地区高精度高分辨率的精细探测。具体科学目标包括：
研究火星形貌与地质构造特征，探测火星全球地形地貌特征，获取典型地区的高精度形貌数据，开展火星地质构造成因和演化分析；研究火星表面土壤特征与水冰分布，探测火星土壤种类、风化沉积特征和全球分布，探寻水冰信息，开展火星土壤剖面分层结构研究。
这是国家航天局公布的“天问一号”拍摄的高清火星影像图。3月4日，国家航天局发布3幅由我国首次火星探测任务“天问一号”探测器拍摄的高清火星影像图，包括2幅全色图像和1幅彩色图像。新华社发（国家航天局供图）
研究火星表面物质，组成识别火星表面岩石类型，探察火星表面次生矿物，开展表面矿物组成分析；研究火星大气电离层及表面气候特征与环境特征，探测火星空间环境及火星表面气温、气压、风场，开展火星电离层结构和表面天气季节性变化规律的研究；研究火星物理场与内部结构，探测火星磁场特征，开展火星早期地质演化历史与火星内部质量分布和重力场研究。
浩瀚星空，人类的探索永无止境。随着天问一号探测器着陆火星，我国星际探测也实现了从地月系到行星际的跨越，在艰辛而浪漫的探索宇宙奥秘征程中，迈出了重要一步。
