序言 踏上火星，人类成为跨行星生存的物种
（图源：SpaceX）
我们从何处来？
我们是谁？
我们将向何处去？
（图源：波士顿美术馆）《我们从何处来？我们是谁？我们将向何处去？》法国著名印象派画家保罗·高更的名画抛出了三大世纪之问
这是人类自有意识以来就不断对自己提出的三个问题，也是所有哲学家渴望回答的终极问题。漫长的人类进化史，其本质之一就是人类不断挑战自身极限去解答这三个问题的过程。
数万年前，在语言发明后，人类能够口口相传祖先的传说；一万年前，经历文字革命，人类有能力记录自己的历史和故事，人们开始清楚自己的身世。1859年，查尔斯·达尔文的《物种起源》发表后，“物竞天择，适者生存”的理论开始传遍世界。人类逐渐明白自己不过是地球上亿万物种中能适应当前时代的一种，在承袭了无数奠基物种的优势后才得以发展到今日。直到新世纪初，随着人类基因组测序计划的完成，人类更加清楚自己的身世，庞大的基因组也揭秘了人类从树上到地上、从非洲到美洲、从出生到死亡的进化发展密码。
然而，一直有一个重要的问题无法解答：我们最终将向何处去？
自从祖先从茹毛饮血的蛮荒时代缓慢走入文明社会，人类头顶上的天空便成为最为神秘的地方。星辰万象、电闪雷鸣，让人们幻想天上有神灵。但是，即便我们向各种各样的神祈祷，也始终无法摆脱地心引力的桎梏。人类的未来难道就真的停留在风雨雷电之下，脚下的土地也将是子孙后代永远的安息之所吗？
科技的发展与进步在近现代迎来一个重要的奇点——航天科技爆发。现代航天器的先驱是并不光彩的V2火箭（导弹），人类很快就在1969年将足迹印上了38万千米之外的月球，并创造了一个登陆过月球的12人俱乐部。这12个人甚至可以被定义成一个新的“物种”——一种可以跨越星球生存的地球生物。
尽管如此，人类对宇宙的认知还是太狭隘。根据2013年哈勃望远镜的观测，科学家明确已知的宇宙历史是138亿年，而它还在不断膨胀，目前可探测到的宇宙半径已经达到了465亿光年！一光年是光在宇宙真空中沿直线传播一年的距离，长度大约是9.5万亿千米。如果让人步行的话，走完一光年至少需要数亿年；就算坐高铁一刻不停地往前冲，也需要几百万年！
这毕竟还只是初步观测。古人云：耳听为虚，眼见为实。现代科学也相信用观察验证假设。两者并没有本质区别，都是相信实际看到的、能做到的才是真的。因而，古人渴望探测海洋与我们今天努力探测宇宙，是同一个道理。
探险家费迪南德·麦哲伦在500年前带领船队实现了环球航行的梦想。几百年间，人类的足迹遍布地球各个角落。时至今日，科技的力量让我们更进一步地了解地球。而对于宇宙探测，人类却渺小到连“蚍蜉撼树”的资格都没有。假如真正以“眼见为实”的观点来衡量，人类离开地球最远的纪录是阿波罗13号探月时的约40万千米。当时阿波罗13号出现故障，只是绕了月球一圈回来，三位宇航员
躲在登月舱里祈祷能活着返回地球。可以说，除地球外，人类确切了解的宇宙星球中最远的便是38万千米外的月球。
在广袤无际的宇宙中，人类走过的地方，大概就相当于太平洋中的水分子。中学物理书里介绍过，随便一滴水里的水分子数量就高达数亿亿级别，这意味着我们跨越一个宇宙“水滴”都非常困难！在已知的宇宙面前，人类依然势如蝼蚁。
即便是人类使者——无人探测器的脚步，最远到的地方，也仅是1977年美国国家航空航天局（NASA，下简称美国航空航天局）发射的旅行者1号在连续飞行42年后到达的距离地球218亿千米处。这个里程即便以光速出发也需要20小时5分钟才能跑完。然而，这与动辄以数亿光年记录的宇宙距离相比还是微不足道。
更何况，人类各种探测器和望远镜看到的图像，都是因为有电磁波在宇宙中传播。根据相对论，电磁波的传播会受到引力场等各种因素的扰动，不断转向，发生变化。而人类未知的暗物质和暗能量占宇宙总质量的95%左右。既然如此，人类怎么确定一道光线（光是电磁波的一种）就来自看到它时它所在的那个方向？这道光线有可能从任意方向射出，不断被引力影响，来到人类眼前。况且，人类观测到的只是几亿光年外的宇宙一角，如今那里发生了什么根本无从知晓。
可以说，人类对于宇宙的了解，连“坐井观天”的水平都还远未达到！
因此，我们不禁想反问自己几个问题——如果人类是由初级地球生物演化而来的，那么最早的地球生物来自哪里？未来人类真的会永远停留在地球这颗极不显眼的行星上吗？人类在宇宙中孤独吗？宇宙这么大，只有地球上有生命不是太浪费了吗？
（图源：NASA）1972年和1973年先后发射的先驱者10号、先驱者11号和1977年发射的旅行者1号、旅行者2号分别携带了一个金属盘，上面主要包含两条人类信息：我们从何处来？我们是谁？（左上为“先驱者”，左下为其携带的金属盘；右上为“旅行者”，右下为其携带的金属盘）
任何一个与太阳系类似的星系都有宜居带。在这个区域内，行星能接收到足够的恒星辐射能量，能保持合适的温度，维持液态水和大气的存在，也可能孕育生命。在太阳系内部，金星、地球和火星都处于宜居带上，但金星和火星因先天条件和后天演化变得不再宜居。太阳系只是银河系中微不足道的一个小星系，像太阳这样的恒星，银河系里可能有几千亿颗，而银河系这种规模的星系在宇宙中恐怕可以用万亿级别来衡量。那么，在宇宙中处于宜居带上，有可能孕育生命的行星到底有多少呢？我觉得可以想象一下。
太阳系之外的行星叫作系外行星。在21世纪之前，人类仅仅发现了数十颗系外行星。随着新世纪航天科技突飞猛进，人类发现的系外行星数目与日俱增。2009年发射升空的开普勒太空望远镜极大地提升了天文学家的想象空间，单单在2016年人类就用它发现了1000多颗系外行星。
显然，人类绝不可能满足于停留在渺小的地球上，外面几近无穷的世界等待人类勇敢地迈出脚步去开发。地球唯一的天然卫星月球已经被征服。两颗位于地球附近宜居带的行星，金星已被证实难以探索，而且价值有限，所以火星就成了人类目前唯一的选择。火星成为人类迈出地月系统，乃至迈出太阳系的试金石。
自古以来，人类幻想探测火星，在航天时代的实际探索也已经尝试了60多年。这一进程目前还在不断加速，因为所有人都在等待征服火星的那一天。那时人类可以被定义为一个全新的物种：一种来自地球的可以跨行星生存的生物。
为了这个辉煌时刻的到来，人类仍在孜孜不倦地努力。一个物种的功绩可依靠其作为来评判。本书就希望以这样一种视角，带领读者细细旁观人类那些伟大的火星探测之旅，逐渐探清火星开发的未来。