在“阿波罗”飞船载人登月20周年纪念大会上，美国总统乔治？布什曾信心十足地宣布了美国远征火星的“三部曲”：第一步，在20世纪90年代建成“自由”号永久性载人空间站；第二步，在21世纪的头10年里，建成可供人居留的月球基地；第三步，于2011年开始，从月球基地出发对火星进行载人飞行，并在2016年～2020年期间登上这颗红色的星球。
九大行星之中，人们选择火星作为第一个访问对象是很自然的。因为火星是地球的近邻，而且与地球最为相似，虽然我们至今还没有发现火星上有生命的迹象，但它具有足够的阳光，有冰水，有大气，显然是太阳系中环境最适合人类居住的天体。
科学家们花了整整一代人的时间在调查这颗红色星球的秘密，而且投入的人力和物力仍在不断升级。在近20年时间里，美国、俄罗斯、日本以及欧洲的所有空间机构都在不懈地努力着，竞争着，希望自己成为第一个登上火星的国家。
近20多年来，各国科学家在对火星的探测研究方面还加快了节奏。
1976年，美国“海盗号”探测器在火星一面软着陆成功，深入探测行星的时代从此开始了。
7月20日，“海盗1号”降落在地势起伏、散缀有各种大小岩石的克星里舍盆地的西坡。“海盗2号”着陆地点靠近北极极冠的边缘，距离1号约4000英里。
计划中的“海盗号”探测器，主要目的在于探索火星表面是否存在生命，因此在着陆器内装有一系列探索生命的仪器。首先是两台电视摄像机能以立体、彩色、黑色、红外方式高、低分辨率成像，用来观察宏观的生命形式或生物的运动现象。
着陆器内装有质谱仪，直接从空气中取样，可以进行灵敏的分析。分析结果表明火星大气主要由二氧化碳组成，氧气只占0.3%～0.4%。着陆器内还有三个生物实验室，能用三种不同的方式分析土壤。7月28日，着陆器采样臂从火星表面采集了第一批土壤样品，随即送入生物学仪器，进行3个实验，观察火星土壤里有无微生物或者有机物质的原始生命形式。
结果是令人失望的，第一次样品中没有任何有机分子的迹象。当然，这种不存在，并不排斥火星有生命的可能性，但却增加了分析的困难。这至少使得那些鼓噪目睹过“火星人”的机构有成为江湖术士的可能，陷入了颇为尴尬的处境。
为了扩大探测地域，美国宇航局最近制定了一个名为“紫鸟”的火星探测计划。所谓“紫鸟计划”，就是把4辆无人驾驶的宇宙车送上火星表面。这种宇宙车和“海盗”号登陆器所不同的只是安装了履带式车轮，外形像个活动的大型办公室，内部装有核动力电池，车速为每天3～4公里。在一个火星年（约相当两个地球年）内，驱车数千里，它所能涉及的范围要比“海盗”号增加几万倍。
执行这一计划的科学家们满怀信心地说：通过“紫鸟”计划，火星将像月球那样，赤裸裸地向地球人暴露自己的秘密。他们相信，在火星上，很可能找到地球型或与之相仿的低等生物，或者与地球上完全不同的“火星型”的低等生物。如果幸运的话，说不定还能找到高等生物的遗物或遗迹。
美国的“火星观察者”是这一计划的先锋。这颗价值9.8亿美元的宇宙飞船以每圈118分钟的速度开始对这一星球进行比以往任何时候都更为详细的、时间长达2～6年的测绘工作。
水对于了解火星的发展具有极其重要的意义，因为只要有水就意味着可能存在过生命形式。
美国“火星观察者”号小组的宇宙地质学家迈克尔？卡尔说：“我们发现了许多水蚀的现象。”在火星具有30亿年历史的南半球曾拍下一些分岔河的照片，它们与地球上干涸的河床十分相似。卡尔说：“几乎可以肯定当这些河道形成时，火星上的气候要更为温暖，大气层也稠密得多。”一些科学家推测，在火星上甚至可能曾经有过海洋。
除了那些较小的分岔河道外，还有一些迹象表明，在火星的许多地区曾发生过洪水肆虐的情况。卡尔说，这些猛兽般的洪水似乎是在两三个星期的时间里就冲出了宽达90英里的巨大河谷。
这些大洪水在火星的历史上似乎时有发生，其原因不明。但卡尔推测，这些水可能一直由于巨大的压力而被禁锢在冰冻的地壳下面，一旦出现裂纹或遭受巨大陨石的撞击，这些水就会在高压下喷涌而出。
如果火星上曾经有过流水，那么它们现在在哪儿呢？一些科学家估计，水很可能被刮离了星球，但多数科学家却和卡尔一样认为它们还在星球上，被禁锢在地表的冰层下或粘土层中。
“观察者”号及其后继飞行的一项任务就是找到水，以重现火星的历史真面目。
尽管人们可能梦想过有朝一日去访问火星甚至在火星上居住，但就地球的标准来看，那里却是一个人类的禁区。在夏季，赤道地区中午的温度倒是可以达到令人满意的华氏68度，可是由于火星二氧化碳大气层非常稀薄，一到夜间，温度就会急骤下降200多度。在火星的两极，冬季的平均温度为华氏零下220度左右。研究人员们希望，通过“火星观察者”号及以后的飞行计划，他们能够对火星的恶劣气候有进一步的了解，甚至或许还可掌握预测其天气的方法。
登上火星比登上月球还难吗？当然，而且不是难一点儿，是困难得多。月球离我们平均不过38万公里，火星同我们的平均距离却有228亿公里之遥，离我们最近时也有5500万到1亿多公里。火星上的重力几乎是月球上重力的3倍，从火星上起飞的航天器必须要比月球上起飞的航天器的功率大得多。飞往火星的载人飞船得有几百、上千吨重，飞行一次将持续1.5～3年，为此必须给飞船机组人员储备比考察月球多得多的食品、空气、水等。为了把这样一个庞然大物送往太空，需要利用航天飞机先把在地面上预制好的零部件分成好多批送到空间站上，在那里组装成飞船后再启动火箭把它送往火星或月球。
这还仅仅是诸多困难中的一小部分。至于要在火星建立基地，建造人工“生物圈”，开展火星旅行业务，改造火星的大气、土壤和气候，直到实现火星移民，使人类可以自由自在地生活在另一个星球上，那恐怕就需要经过几代人乃至几个世纪的努力才能办到。
据估计，光是为了完成布什总统提出来的进军火星的三项任务，大约就需要耗资5000亿美元，这对任何一个国家来说都是沉重的负担。但是，如果世界继续沿着和平、发展的轨道前进，开展广泛的国际合作，那么，人类向火星进军的步伐就一定要快得多，前景也一定会变得更加乐观。
大气层探险
地球的周围被一层厚厚的空气包裹着，通常将这层空气叫大气层。由于大气层中发生着种种壮观有趣的自然现象，它们与人类的生活密切相关，自古以来就引起人们的极大关注和浓厚的兴趣。为了探索大气层里的奥秘，不知涌现出多少勇敢的探险家，试图登上蓝天，揭开大气层内部的层层面纱，留下许多美丽动人的传说和惊险曲折的真实故事。
欲与天公试比高
古时候，人们面对着绚丽多彩的广阔天空，向往着飞往蓝天探索它的奥秘。在他们的想象中，天空只不过是一顶坚固的棚盖——天穹，宝石般闪闪发光的天体就镶在上面。天上有无数层的宫殿，宫殿里生活着各种各样的神仙和玉皇大帝，由此引出许多神话故事和美丽的传说。在中国，早已流传百世的“嫦娥奔月”和“孙悟空大闹天宫”的神话故事，便是人们对于天界的理解和“飞上天宫”幻想的寄托。古希腊人在神话时期，也有让天支托在擎天神的肩上的传说，他们也并不觉得滑稽，因为他们毫不在乎地认为，天空比山高不了几尺。
现在，我们已经知道，天的高度就是大气层的高度。通常说来，大气层大约有2000～3000千米高，也就是说天有2000～3000千米高。大气层之外就是黑洞洞的宇宙深处了。又由于地球引力的作用，整个大气层的质量的9/10都集中在16千米以下的大气层里，而到了260千米以上的高空，大气的密度就只有地面大气密度的百亿分之一，超过500千米以上的高空，空气就极其稀薄了。世界最高峰——珠穆朗玛峰顶上的空气密度，也只有海平面空气密度的二点六分之一。因此，科学探险家们又根据各高度上大气的不同特征，将大气区分为不同的层次：最下面的一层叫对流层，大约距地面高度在12千米范围内，集中着大气全部质量的3/4。这层空气有强烈的上下对流，雷、雨、风、电等自然现象均发生在这层里，其突出的特点是气温随高度增加而降低。
第二层为平流层，位于对流层以上，顶端离地面约50千米高。在这层里的空气质量约占大气全部质量的1/4，空气只有水平方向的流动，没有雷、雨以及上升气流的干扰，是飞机飞行的好地方。平流层的下半部离地面约20～30千米处，有一个臭氧层，它的存在，恰似在大气中张起一张网形的巨大网筛，它筛掉了大部分太阳紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的灼伤而死亡。
从平流层往上到约85千米的地方，称为中间层，这层空气的气温随高度升高而降低，密度已大大降低了。从85千米往上，温度又回升了，至120千米以内，上升较缓慢，超过120千米以后，温度迅速增加，在距地面400千米的高空，温度竟达3000～4000摄氏度，所以称之为热层。热层以上就是大气的外层了，上限约3000千米，为地球大气圈与星际空间的过渡地带，非常稀薄的高速气体分子拼命摆脱地球的束缚，逃逸到宇宙太空中去，所以又称之为“散逸层”。中间层、热层、散逸层中的空气质量仅占大气总质量的三千分之一左右，热层以上的外层空间是人造地球卫星、宇宙飞行器航行的地方。
根据围绕地球的这层大气在不同高度上的种种特征，现代意义上所说的大气层的含义通常是指距地面100或120千米的高度之内的大气，而120千米以上的高空则视为外层空间了。
大气的变化造成了各种自然现象的发生，所以很早以来，人们就想尽办法飞上天空，以其探索大气的奥秘，征服空间。人类在步入大气层范围之内的探索，走过了借助风筝、气球、飞机、宇宙飞船和航天飞机等升空器具和高空飞行器的冒险性尝试的道路，给人们留下许多惊险曲折的难忘的故事。
昙花一现的风筝
“欲穷千里目，更上一层楼”，登高望远是人们摆脱地球束缚、研究大气变化的最原始的办法。直到18世纪末期，人们所能接触到的高层大气，还从未超过高山的山顶。在世界范围内的各个科学研究中心附近，最高的一座山峰是瑞士的勃朗峰。科学探险家们就是克服一系列登山过程中的困难，登上这大约5千米高的高山山顶，来研究高层大气的自然状况及其变化的规律。18世纪中叶以后，一种代替登山技术的飞天工具的尝试性研究开展起来，而最原始的飞天工具莫过于风筝了。
风筝是一种重于空气的飞行工具，它是靠风的作用获得举力的。1749年，苏格兰天文学家威尔逊进行了一项非常有意义的尝试，他把气温计安放在风筝上，希望这样能测到高空大气的温度。这种尝度的成功激发了许多科学家不畏困难与危险，试图去寻找大气中的一些自然现象的本质性的答案。3年后的1752年，著名的物理学家富兰克林，就进行了科学探险史上有名的，也是极其危险的探测雷电本质的实验。他把风筝放入雷雨之中，证明了闪电与摩擦所产生的电在本质上是一回事。幸运的是，他没有被风筝牵线传导过来的雷电而击伤。由此，风筝便走上了大气探测的舞台。
风筝的最大优点在于简单，不需要复杂的设备；借助于风力上升，不需要人工能源。只是它的致命弱点是，风力小的时候飞不起来，风力大的时候牵线易折断，常常妨碍交通；有时碰到电线还容易引起危险。风筝飞行的高度也有限，充其量不过2～3千米；载重量也小。这一系列的弱点极大地限制了风筝的发展与使用范围的扩大，除了19世纪高空大气探测初期表现为探测用风筝的黄金时代外，很快风筝便为其他的飞行工具所取代，成为昙花一现的历史陈列品。
席卷世界的气球热
气球是一种轻于空气的飞行工具，密封在球皮内的气体（热空气、氢气或氦气），因它比排开同样体积的空气轻，而获得上升的浮力。
人类乘坐气球飞行始于18世纪，最初是作为人们摆脱地面束缚的一种冒险性尝试。人类首次成功地放出载人的热空气球，是1783年法国的约瑟？蒙特菲尔和雅克？蒙特菲尔两兄弟。1783年6月4日，蒙特菲尔兄弟俩在一个下端开有口子的大袋子下方点起一堆火，于是，袋子里就充满了热空气，这样，袋子就慢慢地升起来了。现在看来，这种方法似乎是很笨拙，但在当时的情况下，这无疑是一个历史性的突破。5个月之后，他们就造出了载人的热空气球，直径达16米。那是一个晴朗的日子，兄弟俩怀着一种挑战的心理，在给气球充满热空气后，从容地走进热气球的吊篮中，围观的人们都为他俩捏着一把汗。幸运的是，热气球成功地升空了。尽管升空的高度有限，他们却在空中飞行了20分钟左右，并且安全降落在巴黎郊外的草地上。这次载人热气球的成功飞行，迈开了人类向大气层进军的步伐。蒙特菲尔兄弟的敢于冒险精神与这次成功的飞行的喜讯传开，激起许多人试图来改进热气球的升空高度，以进入高层大气探险的欲望。
就在蒙特菲尔兄弟这次成功的载人飞行试验后的第10天，即1783年12月1日，法国的物理学家查理制造出了氢气球。为了试验他的氢气球的升空能力，他将1公斤重的氢气充入气球中，结果发现氢气球可把13公斤重的重物提升到空中。他非常高兴，心想，何不在气球下面的吊篮里装上动物进行升空试验呢！试验结果使他兴奋不已，因为不仅动物能安全生存地返回，而且氢气球较之蒙特菲尔兄弟的热空气球升空的高度要大得多。这次成功的试验，成为人类运用气球来探测大气的开端。
不久，查理便决心冒生命危险，亲自带上气象仪器乘氢气球做高空飞行实验。他知道，在升空过程中，根据气压表的读数便可推算出气球所在的高度；而根据温度表的读数，便可测出气温随高度升高而逐渐降低的数据。
查理成功地乘坐氢气球探险飞行的消息不胫而走，随后欧洲许多国家都群起效尤，然后又由欧洲波及全球，在世界范围内掀起了气球热。使这一时期的气球的升空，充满了探险的色彩，飞行高度和水平距离的记录不断地被打破，极大地推动了大气探测的发展。