從行星科學(xué)的角度來(lái)看，火星宛如地球的“孿生兄弟”：它們的形成時(shí)間、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，乃至形成初期的環(huán)境都極相似。

　　但在隨后幾十億年間，這對(duì)“兄弟”卻分道揚(yáng)鑣：地球生機(jī)盎然;火星卻荒涼死寂。

　　火星為何會(huì)遭遇如此凄慘的命運(yùn)?火星上是否曾有生命出現(xiàn)?是讓很多科學(xué)家輾轉(zhuǎn)反側(cè)的謎團(tuán)。科學(xué)家一直希望能從火星采回樣本，進(jìn)行研究，揭示火星的“前世今生”，解開(kāi)這些謎團(tuán)。多年醞釀，終于即將實(shí)施。

　　據(jù)美國(guó)《科學(xué)》雜志網(wǎng)站 11 月 22 日?qǐng)?bào)道，由美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)和歐洲航天局(ESA)共同設(shè)計(jì)的“火星采樣返回”(MSR)任務(wù)現(xiàn)已敲定：耗資 70 億美元，分四步走，從火星上采集約 600 克樣本送回地球。

歐洲研制的地球返回軌道器將跟蹤并抓取在軌道上裝有樣本的容器。

　　中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員、被稱為“火星叔叔”的鄭永春博士對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者表示：“2019 年是阿波羅登月五十周年，火星采樣任務(wù)在某種程度上可與阿波羅計(jì)劃相比擬。”

　　一、勢(shì)在必行的火星采樣任務(wù)

　　為什么要進(jìn)行火星采樣任務(wù)呢?

　　鄭永春解釋說(shuō)，在太陽(yáng)系內(nèi)，火星是與地球環(huán)境最為相似的星球，也是唯一有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模移民的星球。目前，除了極少數(shù)火星隕石外，人類只能借助航天器進(jìn)行遙感和原位探測(cè)。

　　雖然，人類在火星隕石中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)物，在大氣層中檢測(cè)到了甲烷，但目前火星上是否仍然還有生命?火星上是否曾經(jīng)繁衍過(guò)生命?這些問(wèn)題依然沒(méi)有答案。而要想回答這些問(wèn)題，只能寄希望于火星樣本的研究。

　　英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的空間科學(xué)家安德魯·科茨說(shuō)：“火星采樣任務(wù)將是太空探索領(lǐng)域最重要的任務(wù)之一。”

　　據(jù)《科學(xué)》雜志報(bào)道，歐洲航天局(ESA)22 個(gè)成員國(guó)的部長(zhǎng)下周將齊聚西班牙塞維利亞，通過(guò)該機(jī)構(gòu)未來(lái)三年的預(yù)算方案。ESA 載人航天與機(jī)器人探索總監(jiān)戴維·帕克說(shuō)，他打算在會(huì)議上要求為 MSR 任務(wù)頭幾年以及將于明年發(fā)射升空的“火星太空生物”計(jì)劃(ExoMars)的火星車提供 6 億歐元資助。他有信心能如愿以償。

　　NASA 則希望在特朗普政府向國(guó)會(huì)提交的 2021 年預(yù)算案中出現(xiàn) MSR 任務(wù)的“身影”。該機(jī)構(gòu)火星探測(cè)科學(xué)家邁克爾·邁耶認(rèn)為，現(xiàn)在我們擁有一大批研制和操控火星車的科學(xué)家和工程師，執(zhí)行這一任務(wù)恰逢其時(shí);此外，我們也擁有一組仍然在正常運(yùn)行的火星軌道器，可提供中繼通信，“萬(wàn)事皆已具備”。

　　二、投資 70 億美元 分四步走

　　盡管如此，MSR 任務(wù)負(fù)責(zé)人、NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的布萊恩·穆?tīng)柡诘抡f(shuō)：“這一火星采樣任務(wù)也和將人類送往月球一樣復(fù)雜。”

　　鄭永春介紹道，火星采樣返回任務(wù)非常復(fù)雜，要分為采樣、取樣、交接、返回四個(gè)步驟。目前，美國(guó)在火星著陸方面的技術(shù)已經(jīng)基本成熟，明年發(fā)射的火星車將采集火星巖石和土壤樣本，并封裝在樣本管內(nèi);而 2028 年發(fā)射的另一輛火星車要把散落在火星表面的這些樣本收集起來(lái)，封裝在一個(gè)密封球體內(nèi)，這個(gè)任務(wù)耗時(shí)很長(zhǎng)，也很不容易。

　　鄭永春繼續(xù)強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“特別困難的是，火星采樣返回任務(wù)，要在火星上自動(dòng)發(fā)射火箭進(jìn)入火星上空，與軌道器進(jìn)行交會(huì)對(duì)接。這些任務(wù)在地球上有人參與的情況下，都是風(fēng)險(xiǎn)很高的技術(shù)，而要在火星上無(wú)人參與的情況下實(shí)現(xiàn)，難度就更大了。”

　　返回火箭研發(fā)負(fù)責(zé)人、NASA 馬歇爾太空飛行中心的安吉·杰克曼也表示：“讓樣本離開(kāi)火星并非易事，這將是人類首次從另一顆行星發(fā)射火箭。”

　　此外，據(jù)《科學(xué)》雜志報(bào)道，為使用最少的燃料樣本送回地球，ESA 希望借助離子推進(jìn)器來(lái)推動(dòng)地球返回軌道器。離子推進(jìn)器將利用太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能驅(qū)動(dòng)離子，產(chǎn)生可持續(xù)數(shù)月的平穩(wěn)脈沖，從而推動(dòng)航天器前進(jìn)。ESA 的“貝皮·科倫坡”水星探測(cè)器正在使用這一方法前往水星。鑒于離子推進(jìn)產(chǎn)生的推力較小，因此，這一行程預(yù)計(jì)歷時(shí) 2 年，而非 9 個(gè)月左右。歐洲航天局 MSR 負(fù)責(zé)人桑杰·維杰德拉姆說(shuō)：“離子推進(jìn)有缺點(diǎn)，但這意味著，我們可以利用歐洲現(xiàn)有技術(shù)完成這一任務(wù)。”

　　至于 70 億美元的費(fèi)用問(wèn)題，鄭永春表示：“阿波羅登月當(dāng)時(shí)用了 200 多億美元，相當(dāng)于現(xiàn)在的上千億美元?，F(xiàn)在仍在火星上執(zhí)行任務(wù)的‘好奇’號(hào)火星車，耗資 26 億美元。所以，如果能否實(shí)現(xiàn)火星采樣的話，70 億美元實(shí)現(xiàn)人類歷史第一次，并不算很多。”

　　三、希望發(fā)現(xiàn)生命存在的證據(jù)

　　研究人員稱，他們現(xiàn)在很難確切預(yù)測(cè)十年后將如何研究這些樣本，但他們希望能發(fā)現(xiàn)火星上過(guò)去或現(xiàn)在存在生命的跡象。去年，“好奇”號(hào)火星車發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)富含有機(jī)大分子的地點(diǎn)，但它搭載的儀器不能鑒別出這些分子究竟源于生命還是由地質(zhì)過(guò)程產(chǎn)生。

　　西班牙馬德里天體生物學(xué)中心的瑪麗亞-帕扎·佐爾扎諾也參與了 MSR 科學(xué)優(yōu)先事項(xiàng)的認(rèn)定工作。她說(shuō)，地球上的科學(xué)家可以分析來(lái)自耶澤洛隕石坑中的樣本中同樣材料內(nèi)的碳同位素，以確定其是否源于生命。

　　如果沒(méi)有在樣本內(nèi)發(fā)現(xiàn)任何生命存在的跡象，科學(xué)家想知道具體原因。麻省理工學(xué)院行星科學(xué)家本杰明·魏斯問(wèn)道：“是因?yàn)榛鹦遣灰司?還是因?yàn)樯](méi)有產(chǎn)生過(guò)?”

　　科學(xué)家認(rèn)為，數(shù)十億年前，隨著內(nèi)核變冷，火星失去了自己的磁場(chǎng)，大氣因此逃逸，火星表面變得寒冷干燥，并遭受強(qiáng)的太空輻射的“侵蝕”。通過(guò)收集不同樣本的數(shù)據(jù)并測(cè)量它們的古磁場(chǎng)，以及它們形成的環(huán)境，他們可以驗(yàn)證上述理論是否正確，以及如果上述情況屬實(shí)，那么是否由于火星在很早之前就變得不宜居，以至于生命從來(lái)沒(méi)有開(kāi)始過(guò)。

　　四、火星原始狀態(tài)或遭破壞

　　為更好地了解火星，人類真是費(fèi)勁了心思。“好奇”號(hào)、“洞察”號(hào)，以及“火星采樣任務(wù)”中那些將陸續(xù)拜訪火星的火星車、著陸器等等，在火星上“你方唱罷我登場(chǎng)”，給荒涼孤寂的火星增添了幾分熱鬧和喧囂。

　　佐爾扎諾說(shuō)，隨著人類探索火星的熱情與日俱增，研究這一行星原始狀態(tài)的機(jī)會(huì)變得日益渺茫。她說(shuō)：“如果我們現(xiàn)在不介入，我們會(huì)錯(cuò)過(guò)這個(gè)獨(dú)特的時(shí)刻。”

　　鄭永春對(duì)此也深表贊同，他說(shuō)：“隨著世界各國(guó)對(duì)火星探測(cè)的興趣日益增加，會(huì)有越來(lái)越多航天器登陸火星。”

　　以 2020 年的火星發(fā)射窗口為例，就將有美國(guó)、印度、阿聯(lián)酋、以及歐洲和俄羅斯合作的“火星太空生物”計(jì)劃(ExoMars)的火星車發(fā)射;中國(guó)的火星探測(cè)器也將發(fā)射升空，并將實(shí)現(xiàn)環(huán)繞火星、登陸火星、火星車巡視勘察等任務(wù)。

　　鄭永春略帶憂心地指出：“這勢(shì)必會(huì)威脅火星現(xiàn)有的原始狀態(tài)，甚至還有可能把地球上的生命帶到火星上。如果是這樣的話，今后即便科學(xué)家在火星上找到了生命或生命的‘蛛絲馬跡’，也很難區(qū)分它們到底是不是地球上帶過(guò)去的。”

　　火星采樣任務(wù) 4 步走

　　1、采樣：目前，MSR 任務(wù)的第一階段目標(biāo)已接近完成：NASA 耗資 25 億美元研制的“火星 2020”火星車計(jì)劃于 2020 年 7 月發(fā)射，將在有 40 億年歷史的耶澤洛隕石坑(Jezero crater)著陸。耶澤洛隕石坑里有保存完好的遠(yuǎn)古河流三角洲的化石，該區(qū)域的巖石保存著關(guān)于火星漫長(zhǎng)而多樣的地質(zhì)歷史時(shí)期的信息。火星車可四處活動(dòng)，完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)，鉆探小塊泥巖和其他巖石(這些巖石可能蘊(yùn)藏著古老生命的“蛛絲馬跡”)，采集巖心樣本。

　　每個(gè)樣本將包含 20 克巖石和粗砂，存儲(chǔ)于約手電筒大小的管內(nèi)，NASA 會(huì)將一些樣本管暫時(shí)寄存在火星表面;另一些則放在火星車上。

　　2、取樣：日歷向前翻到 2028 年!屆時(shí)，NASA 另一個(gè)著陸器將攜帶返回火箭和 ESA 建造的取樣火星車抵達(dá)火星。著陸器將于 2026 年發(fā)射升空，于 2028 年 8 月登陸火星。

　　之后，像茶幾大小的采樣火星車將從著陸器中駛出，尋找?guī)啄昵吧⒙涞臉颖竟堋；鹦擒噷⒁揽刻?yáng)能供電，因此，在陽(yáng)光日益減弱的冬季到來(lái)之前，它只有 6 個(gè)月時(shí)間完成任務(wù)。為此，它每天需要前進(jìn) 200 米，并能自動(dòng)導(dǎo)航。

　　一旦火星車取樣成功返回著陸器，由 ESA 制造的機(jī)械臂便會(huì)從車架子上取下樣本管，將其中 30 個(gè)置于籃球大小的鈦容器內(nèi)，該容器只能容納約 30 個(gè)樣本。

　　3、交接：隨后，返回火箭將裝滿樣本的容器發(fā)射到距離火星表面 300 千米高的軌道內(nèi)，以與 ESA 的地球返回軌道器“會(huì)師”。地球返回軌道器跟隨著陸器一起到達(dá)火星，目的是抓取進(jìn)入火星軌道的樣本。

　　順利“會(huì)師”后，由 NASA 建造的機(jī)械裝置會(huì)將裝載樣本的球體放入一個(gè)密閉模塊中，隨后進(jìn)行密封并消毒，該模塊最后會(huì)被放置于一輛名為“地球進(jìn)入車”的盤形車內(nèi)，盤形車隨后會(huì)在減震器的保護(hù)下，在沒(méi)有降落傘減速的情況下，降落于猶他州的沙漠。

　　4、返回：樣本將于 2031 年回到地球，之后將置于一個(gè)隔離設(shè)施中，使其不受地球微生物等的污染。
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