年，荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯（ChristiaanHuygens）在他父亲位于海牙的一栋大房子的阁楼窗户上，架起了一个10.5英尺长的望远镜，并绘制了第一幅火星地图。

他在一个圆圈内做了一个“V”形的墨水记号，表示火星表面上有一个暗斑。在接下来的几个夜晚，他看着那团暗斑一会儿消失，一会儿又出现。它看起来隐约像一个沙漏，后来被称为沙漏海，这是火星上第一个已知的表面特征。

在把一个微小的测量装置安装到目镜上之后，他非常准确地估算出火星的大小约是地球的60%。惠更斯的观测结果显示，一个火星日约为24小时，与一个地球日的时长几乎相同，这个结果也使他自己大为惊讶。地球和火星之间的这些及其他相似之处，引发了人们对于火星上是否有居民的猜测。

惠更斯猜测火星上存在智慧生物，认为火星不能被视为“只有广阔沙漠的、冷冰冰的、无生命的物体”，因为这样做会使火星在美丽与尊严方面屈于地球之下，所以决不允许这么做。

他甚至还推算了地外行星的数学运算，设想了正弦和对数表，因为除了“人类是世界上最高级的物种”这个陈旧的观念外，没有什么理由阻止古人在发现与探索中汲取快乐并获得智慧，现在的我们也是如此。

与此同时，艾萨克·牛顿（IsaacNewton）正在剑桥大学研制新型望远镜的基本光学器件：反射器。当时的镜头无法将红色和蓝色的光聚焦到同一点上，从而导致明亮的物体周围色彩模糊。因此为了取代透镜，他设计了一个样机，通过有一定弧度的金属材质的镜面来补集光：金属材质里有60%的铜和20%的锡。

这是一个很小的仪器，长16厘米，只能把图像放大35倍。然而，牛顿的设计在后来的一个世纪里产生了广泛的影响，使拍摄到的天体得到了前所未有的放大。年，一名出生于德国、定居在英格兰巴斯的音乐家威廉·赫歇尔（WilliamHerschel）开始在业余时间尝试制造镜面。

通过与他才华横溢的妹妹卡罗琳的合作，他最终制造了几十台反射望远镜。卡罗琳则经过持续探究发现了大量的彗星和星云。赫歇尔在自己的一个朝南的花园里首次观测到了天王星的微弱光线，还在观测火星的过程中调试了他手工制作的精巧设备，发现火星有白色的极地冰盖、大气中飘浮着云层和水蒸气，以及和地球一样的周期性季节变化。

年，他在英国皇家学会的致辞中指出，火星是地球的翻版，并指出火星上的居民在许多方面可能面临与我们地球人类相似的处境。随着火星观测的持续和深入，各个方面的发现都印证了一个想法，那就是火星可作为另一个地球，那是一个具备可以航行的海洋、可以行走的陆地的星球，那是一个我们可以认识、建立联系和想象的地方。

火星与我们的星球相像这一认知促使人们更好地了解它。由于大型反射式望远镜用的镜面金属会很快失去光泽，并且抛光过程经常使镜面变形弯曲，所以牛顿的反射式望远镜很快就被淘汰了，取而代之的是类似惠更斯当年使用的那种折射式望远镜。

折射式望远镜使用两个透镜来取代两个反射镜，这种望远镜在19世纪重新流行起来，并且被建造得越来越大，造得过大的镜头受重力作用向内部塌陷。人们利用这种望远镜获得了一些重要的发现，跟踪了火星上的季节性变化，还发现了火星周边的多个卫星。望远镜这种神奇的工具，带领着我们，让我们看到了前所未见的事物。

数百年来，它们是我们了解火星的唯一途径。大学毕业后不久，我说服父亲跟我一起去了趟沙漠。他和我一起乘坐飞机，他一生中很少有坐飞机的机会。我们从肯塔基州飞往亚特兰大，然后再转机前往图森。我们租了辆车，驱车深入亚利桑那州的老西部地区，到达了圣佩德罗河山谷之上约英尺高的一座山上。

在那里有一个维加–布雷天文台的小旅馆，但早已大门紧闭。我们住了进去，然后前去检查望远镜。滚落式屋顶、几个30厘米的米德望远镜和50厘米的马克苏托夫望远镜下面有一个46厘米的反射器。天黑后，我们将其移至观测台，并将通光口径尺寸调整为20厘米，该尺寸范围下适合观看行星。

它上面没有搭载跟踪系统或计算机，只有一个瞄准装置，有这个就够了。我父亲对夜空了如指掌。我童年的大部分时间，他都是在后院度过的，胳膊肘下总夹着一本《天文学》杂志上的天象图。尽管我父亲很希望能够在接受培训后去地质学或天文学领域工作，但他需要一份工作来维持生计，所以他也像我祖父一样在州卫生部门找到了一份工作。

我曾多次用他的超大双筒望远镜窥看夜空，尽管他总是试图帮我稳住镜筒，但它总是在我手中晃来晃去。到那时为止，我已经去过利克天文台和威尔逊山天文台。我暑假期间在NASA实习，并参观了巨大的穹顶。我看到了最先进的望远镜观测到的数据在计算机屏幕上闪烁。

不过，用维加–布雷天文台的中程望远镜这种常规手段观测天空还是有一些启发的。在沙漠的那个夜晚，我第一次感受到了伽利略和其他早期天文学家所感受到的东西，那是计算机时代所丢失的东西。行星科学曾经是一项业余的事业，在太空时代来临前，每一个从事行星科学行业的人都与夜空有着直接的联系。

当别人入眠时，他们却醒着，独自沉浸在科学和思索中，沉浸在广阔的物质世界中。他们用望远镜瞄准天空中的一个小点，然后把它看成一个世界。那个点，就在那里！数千个闪耀的亮点中，它是与众不同的。那颗星有光环，有像大理石斑点一样悬浮着的小卫星，它的雪花石膏小帽子是极地冰盖。那颗星体本身就是一个世界。

我和父亲站在寒冷的夜里，眼睛贴着望远镜，此刻我觉得自己不仅与火星相连，还与伽利略、惠更斯、牛顿和赫歇尔都联系在了一起。但是通过这个望远镜什么都看不到，更不用说能看得清晰了。我眯着眼睛，一次次地对望远镜的度盘进行调整，此刻我恨不得直接飞到天空上去，或者至少能使画面保持静止也行。

我诅咒这妨碍我观测太空的大气云层，尽管也是同一片大气云层供养着我们的生命，带给我们降雨并为我们遮蔽烈日。即使是亚利桑那州稀薄的空气也能使气流云层波动、阴晴不定，使天空忽隐忽现。我深陷渴望和沮丧，直到21世纪，我才理解为什么我们必须要离开自己的星球去研究那些星体。

在水手四号发射后的天，也就是在年7月15日的晚上，喷气推进实验室电报机的小杠杆（发报机的电键）开始发出猛烈的咔嗒声。此时莱顿必定感慨万千，水手四号传回的照片将是有史以来第一张除月球以外的地外星体的近距离特写照片，因为当年对金星的探测任务中没有拍摄到任何照片。

莱顿和他的团队深刻地认识到了解一个地方和实际看到它之间的区别。当时团队里唯一的博士后布鲁斯·默里（BruceMurray）意识到，“首次看到一颗行星……这是人类历史上难能可贵的一次经历。”这些数据包从火星传输回地球，被建设在莫哈韦沙漠中的戈德斯通追踪站的巨大圆盘式信号接收器所捕获，并通过电报跨过加利福尼亚州传输到喷气推进实验室的旅行者电信科室。

在莱顿看来，这张照片的每一个像素都像是一颗颗珍珠一样，串起了从地球到火星数千米的距离。数据传输速率仅为每秒八分之三字节，因此要完全传输第一张照片需要8小时。8小时充斥着紧张和等待，8小时也充满了好奇和悬念。水手四号接近火星的前一天，操作团队决定发送一个命令“DC–25”，命令里包含一连串更新代码来启动平台扫描动作，该动作用以识别行星。

然后再执行第二条命令“DC–26”，可确保相机停止并且不记录图像。发送命令之前接收到的数据表明，磁带式记录器已启动并停止，但是出现了一些异常。这台磁带式记录器也是备用的，在最后一分钟被换了上去，因为原来的那台有技术问题。要等电脑合成一张完整的照片，可能还需要几个小时，甚至几天的时间。

当前，一些人开始再度质疑是否应该发送这些命令，它们是否会让电脑紊乱。迪克·格鲁姆（DickGrumm）等不及了。他负责磁带式记录器，他和其他一些工程师开始集思广益，讨论检查数据的方法。这可以称得上是一场竞赛，最终被认可的想法是在一卷电传打字机所用的纸带上打印单流数据组，每个像素的亮度显示为60。

当工程师们开始把这些纸带剪成条状并固定在墙上时，格鲁姆突然跑到帕萨迪纳当地的一家艺术品商店，寻找六种不同灰度的粉笔，每一种颜色都对应六位图像的一个像素位。最后他找到了一盒伦勃朗彩色粉笔。但是他发现，粉笔是给学校用的，不是给艺术家用的，而且，没有六种不同深浅的灰色粉笔。

当他回来的时候，一幅巨大的由数字绘制的艺术作品已经组装好，准备好填充了。最终将与公众分享的水手四号拍摄的图像是黑白的，但是此刻格鲁姆的电传打字机纸带使用了根据亮度匹配的各种颜色，这些淡黄色、赭色、焦棕褐色、印度红等各种颜色的粉笔使图像变得栩栩如生。他尝试了紫色的配色方案，然后也尝试了绿色的配色方案。但是红色似乎最好地展示了灰度，碰巧也与火星的颜色一致。