2001年 奥德赛号：水流痕迹

奥德赛号的全称是2001火星奥德赛探测器（2001 Mars Odyssey），于2001年4月7日发射升空，同年10月24日到达火星轨道。这是一颗环绕火星进行探测的轨道器，利用火星大气阻力进行减速以进入环绕火星轨道。2002年1月，奥德赛号气阻减速完成，同年2月19日开始科学任务。

奥德赛号耗资约2.97亿美元，由洛克希德·马丁公司研制，主要承担火星探测漫游者（机遇号和勇气号火星车）、凤凰号着陆器与地球之间的通信中继任务，同时探测数种元素的全球分布及其含量，寻找火星表面水与火山活动的痕迹。

2003年 机遇号和勇气号：粘土矿物

机遇号和勇气号是一对“孪生兄弟”，于2003年年中发射升空，2004年1月降落在火星，最初“工作任务”是完成3个月火星探险，到2013年8月已离开地球10周年。勇气号于2010年停止工作，而机遇号依旧孜孜不倦，不断发回探测成果。

2013年5月，机遇号火星车在一块岩石中分析发现了丰富的粘土矿物。粘土矿物是水与岩石发生长期反应，导致岩石的化学成分发生重大改变而形成的，这说明曾经有大量的水流经并浸泡这块岩石。

这块名为“埃斯佩朗斯6号”的岩石表面覆盖着尘埃和杂质，机遇号一共尝试了7次，才磨掉表层物质，进而分析石块内部的物质组成。这块岩石中的粘土矿物富含铝，非常类似于地球上的微晶高岭石，说明当时流经岩石缝隙的水是中性的。埃斯佩朗斯6号形成于火星历史最初的10亿年，是机遇号检测过的最古老岩石。

机遇号此前分析过多块岩石，虽然也都发现火星曾经有过湿润环境，证明火星上曾经有过水体活动。但是，这些水体大多是酸性的，而生命的进化和繁衍需要一个中性的环境，在酸性环境中很难通过化学反应转化为生命。此次，机遇号发现可饮用的中性水，成为可以支持生命诞生的重要证据。

2004年 火星快车：海岸线和沉积物

如今的火星表面类似于地球上的戈壁滩，是一片不毛之地。但已有证据显示，火星上曾经两度存在海洋。大约40亿年前，随着气候逐渐变暖，埋藏在地下的大量冰融化后涌出地面，形成了最早的火星海洋。之后环境恶化，液态水逐渐退回并冻结于地下。另一次火星海洋则出现在30亿年前。

2004年欧洲空间局发射的火星快车，获得了火星的可见光图像数据、矿物分析数据，以及大气观测结果，证明火星曾经有水。但是，曾经庞大的火星地表水体后来到哪里去了呢？

2012年2月，火星快车上的雷达探测结果展示了火星地表以下60～80米的情况，发现北部平原的地下存在一层低密度物质，可能是某种富含冰的沉积物。这层低密度物质让人不由地联想到地球海床中也有类似的沉积物。更重要的是，这层物质正好位于此前任务发现的火星海岸线以内。这说明火星干涸的北部平原在数十亿年前可能是一片汪洋，如今的红色行星可能曾经是一个蓝色星球。

2005年 火星勘测轨道器：大气潮汐

火星勘测轨道器测量到火星大气一天中的最高温度不仅出现在中午时刻，还会出现在午夜之后。这种每天出现的大气温度和压力的振荡被称为大气潮汐现象（2013年7月《地球物理研究快报》）。

火星大气在一年中的大部分时间都有水冰云——类似地球上薄卷云一样的相对透明的云。水冰云每天通过中层大气吸收足够热量。当进入黑夜，这些水冰云的辐射效应开始显现，导致火星大气出现潮汐现象。

2008年 凤凰号：发现水冰

2008年5月25日，凤凰号在火星北半球的北方大平原着陆。它在北极附近的永久冻土带采集和分析火星土壤样本，进行了5个月的成功探测，首次证实火星上确实有水存在。凤凰号还发现了火星土壤中含有高氯酸盐，这是许多微生物赖以生存的化学物质。

凤凰号着陆器有一个高温炉和质谱仪的结合体——热量和挥发气体分析仪，用来分析火星土壤样品。机械臂于2008年5月31日首次接触火星土壤，挖掘的土壤样品被送到该仪器的高温炉中密封并加热。当温度加热到0摄氏度时，质谱仪检测到了水蒸汽，证实火星土壤中含有水冰。

当高温炉持续加热到1000摄氏度时，土壤中的其他挥发性物质会蒸发成气体，通过惰性载体送到质谱仪，即可检测到土壤中存在的微量有机分子

2011年 好奇号：黄刀湾淡水湖

2011年11月26日，美国发射了好奇号火星车，于2012年8月6日登陆火星。好奇号耗资26亿美元，重899公斤，外壳宽4.5米。重量是机遇号和勇气号的3倍，体积是他们的2倍，大致相当于一辆SUV汽车。

好奇号搭载了11种不同的科学仪器，是人类有史以来制造的体积最大、性能最高，也是最昂贵的火星车。好奇号着陆在火星盖尔坑内中心山脉的山脚下，科学使命是探索火星在历史上或如今的环境下是否适宜生命生存，为最终发现火星生命做准备

2012年9月，好奇号发回了距离着陆点400米的“格莱内尔格”区域中古老河床砾岩层的图像。这些图像展示了砾岩中的石子大小和形状。石子大小介于沙粒到乒乓球之间，其中不少是圆形的，很像是地球上河床底部的鹅卵石。石子的形状和大小组合透露出它们是被水流长期冲刷、磨蚀而成的。若要冲刷形成这种尺寸的光滑鹅卵石，河流的水速应该为每秒0.2米至0.75米之间，水深在0.03米至0.9米之间。

2012年在盖尔坑着陆后，好奇号发现着陆点附近有一个深达5米的沟槽，其中存在热异常现象。好奇号对沟底的沉积岩进行了钻探分析，结果证实36亿年前那里曾经是一个至少存在了数万年的湖泊，湖泊长约50千米，宽约5千米。湖泊遗迹所在区域被命名为“黄刀湾”。

科学家分析了从黄刀湾两块岩石样本中提取的粘土，发现湖底区域的pH值呈中性，盐度很低，说明黄刀湾曾经是一个淡水湖。而当时火星上的其它地区要么已经干涸，要么分布着含盐量高、不适合生命存活的酸性湖泊。

好奇号在湖底沉积物中还发现了碳、氢、氧、硫、氮和磷等关键生命元素，表明黄刀湾理论上可以支持一些简单微生物的生存，这些自养型的原核微生物能通过分解岩石和矿物获取能量。在地球上某些洞穴和热泉喷口，也经常可以见到这类微生物。

好奇号火星车上的桅杆相机拍摄的照片显示，盖尔坑里的Glenlg区域分布着一系列沉积岩，图中是在黄刀湾西北方向观察到的情形。

黄刀湾的水体平静，水质中性，拥有丰富的、生命所需的化学成分等，这些都是生命存活的重要条件，说明黄刀湾曾经是一个非常适合火星生命存活的湖泊（见2013年12月9日Science杂志）。虽然科学家还没有掌握火星存在远古生命的直接证据，但这无疑是火星生命搜寻过程中非常积极的突破性进展。

好奇号的主要任务是寻找火星上可能适宜生命生存的地质环境，火星车上并没有配备可以直接探测生命迹象的工具，所以寻找有机碳就成为搜寻火星生命的重要途径。在火星上高强度的宇宙射线照射下，有机碳在火星表面的保存时间有限。好奇号的钻探设备可以钻至5厘米深处的岩石样本，有机碳在这一深度的岩石中可以保存7000万年左右。下一步，好奇号将寻找化学条件更利于保存有机物、有机物含量较高、辐射暴露时间较短的岩石样本。一旦好奇号检测到有机碳，那将是火星曾经有过生命的直接证据。

2013年 马文号：揭开火星大气之谜？

马文号火星探测器的重量与尺寸大小（左），马文号发射升空（右）。

2013年11月18日发射的马文号火星探测器耗资约6.7亿美元，配备了8种研究火星大气成分、上层大气、太阳风相互作用和电离层的高精度科学仪器，主要目标是精细探测火星大气，寻找火星气候变迁的动态原因，揭开火星大气层变稀薄之谜。