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、內部結構，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“兄弟”卻分道揚鑣：地球生機盎然;火星卻荒涼死寂。

　　火星為何會(huì )遭遇如此凄慘的命運?火星上是否曾有生命出現?是讓很多科學(xué)家輾轉反側的謎團?？茖W(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。多年醞釀，終于即將實(shí)施。

　　據美國《科學(xué)》雜志網(wǎng)站 11 月 22 日報道，由美國國家航空航天局(NASA)和歐洲航天局(ESA)共同設計的“火星采樣返回”(MSR)任務(wù)現已敲定：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。

　　中國科學(xué)院國家天文臺研究員、被稱(chēng)為“火星叔叔”的鄭永春博士對科技日報記者表示：“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劃相比擬。”

　　一、勢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，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)現大規模移民的星球。目前，除了極少數火星隕石外，人類(lèi)只能借助航天器進(jìn)行遙感和原位探測。

　　雖然，人類(lèi)在火星隕石中發(fā)現了有機物，在大氣層中檢測到了甲烷，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《科學(xué)》雜志報道，歐洲航天局(ESA)22 個(gè)成員國的部長(cháng)下周將齊聚西班牙塞維利亞，通過(guò)該機構未來(lái)三年的預算方案。ESA 載人航天與機器人探索總監戴維·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”計劃(ExoMars)的火星車(chē)提供 6 億歐元資助。他有信心能如愿以?xún)敗?/p>

　　NASA 則希望在特朗普政府向國會(huì )提交的 2021 年預算案中出現 MSR 任務(wù)的“身影”。該機構火星探測科學(xué)家邁克爾·邁耶認為，現在我們擁有一大批研制和操控火星車(chē)的科學(xué)家和工程師，執行這一任務(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)負責人、NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗室的布萊恩·穆?tīng)柡诘抡f(shuō)：“這一火星采樣任務(wù)也和將人類(lèi)送往月球一樣復雜。”

　　鄭永春介紹道，火星采樣返回任務(wù)非常復雜，要分為采樣、取樣、交接、返回四個(gè)步驟。目前，美國在火星著(zhù)陸方面的技術(shù)已經(jīng)基本成熟，明年發(fā)射的火星車(chē)將采集火星巖石和土壤樣本，并封裝在樣本管內;而 2028 年發(fā)射的另一輛火星車(chē)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，這個(gè)任務(wù)耗時(shí)很長(cháng)，也很不容易。

　　鄭永春繼續強調說(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 )對接。這些任務(wù)在地球上有人參與的情況下，都是風(fēng)險很高的技術(shù)，而要在火星上無(wú)人參與的情況下實(shí)現，難度就更大了。”

　　返回火箭研發(fā)負責人、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(lèi)首次從另一顆行星發(fā)射火箭。”

　　此外，據《科學(xué)》雜志報道，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)生的電能驅動(dòng)離子，產(chǎn)生可持續數月的平穩脈沖，從而推動(dòng)航天器前進(jìn)。ESA 的“貝皮·科倫坡”水星探測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，這一行程預計歷時(shí) 2 年，而非 9 個(gè)月左右。歐洲航天局 MSR 負責人桑杰·維杰德拉姆說(shuō)：“離子推進(jìn)有缺點(diǎn)，但這意味著(zhù)，我們可以利用歐洲現有技術(shù)完成這一任務(wù)。”

　　至于 70 億美元的費用問(wèn)題，鄭永春表示：“阿波羅登月當時(shí)用了 200 多億美元，相當于現在的上千億美元?，F在仍在火星上執行任務(wù)的‘好奇’號火星車(chē)，耗資 26 億美元。所以，如果能否實(shí)現火星采樣的話(huà)，70 億美元實(shí)現人類(lèi)歷史第一次，并不算很多。”

　　三、希望發(fā)現生命存在的證據

　　研究人員稱(chēng)，他們現在很難確切預測十年后將如何研究這些樣本，但他們希望能發(fā)現火星上過(guò)去或現在存在生命的跡象。去年，“好奇”號火星車(chē)發(fā)現了兩個(gè)富含有機大分子的地點(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)先事項的認定工作。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的碳同位素，以確定其是否源于生命。

　　如果沒(méi)有在樣本內發(fā)現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：“是因為火星不宜居?還是因為生命并沒(méi)有產(chǎn)生過(guò)?”

　　科學(xué)家認為，數十億年前，隨著(zhù)內核變冷，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，并遭受強的太空輻射的“侵蝕”。通過(guò)收集不同樣本的數據并測量它們的古磁場(chǎng)，以及它們形成的環(huán)境，他們可以驗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(lèi)真是費勁了心思。“好奇”號、“洞察”號，以及“火星采樣任務(wù)”中那些將陸續拜訪(fǎng)火星的火星車(chē)、著(zhù)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(zhù)人類(lèi)探索火星的熱情與日俱增，研究這一行星原始狀態(tài)的機會(huì )變得日益渺茫。她說(shuō)：“如果我們現在不介入，我們會(huì )錯過(guò)這個(gè)獨特的時(shí)刻。”

　　鄭永春對此也深表贊同，他說(shuō)：“隨著(zhù)世界各國對火星探測的興趣日益增加，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、印度、阿聯(lián)酋、以及歐洲和俄羅斯合作的“火星太空生物”計劃(ExoMars)的火星車(chē)發(fā)射;中國的火星探測器也將發(fā)射升空，并將實(shí)現環(huán)繞火星、登陸火星、火星車(chē)巡視勘察等任務(wù)。

　　鄭永春略帶憂(yōu)心地指出：“這勢必會(huì )威脅火星現有的原始狀態(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(huà)，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)的第一階段目標已接近完成：NASA 耗資 25 億美元研制的“火星 2020”火星車(chē)計劃于 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(zhù)陸。耶澤洛隕石坑里有保存完好的遠古河流三角洲的化石，該區域的巖石保存著(zhù)關(guān)于火星漫長(cháng)而多樣的地質(zhì)歷史時(shí)期的信息?；鹦擒?chē)可四處活動(dòng)，完成科學(xué)實(shí)驗，鉆探小塊泥巖和其他巖石(這些巖石可能蘊藏著(zhù)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，存儲于約手電筒大小的管內，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(chē)上。

　　2、取樣：日歷向前翻到 2028 年!屆時(shí)，NASA 另一個(gè)著(zhù)陸器將攜帶返回火箭和 ESA 建造的取樣火星車(chē)抵達火星。著(zhù)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(chē)將從著(zhù)陸器中駛出，尋找幾年前散落的樣本管?；鹦擒?chē)將依靠太陽(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)導航。

　　一旦火星車(chē)取樣成功返回著(zhù)陸器，由 ESA 制造的機械臂便會(huì )從車(chē)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，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(mǎn)樣本的容器發(fā)射到距離火星表面 300 千米高的軌道內，以與 ESA 的地球返回軌道器“會(huì )師”。地球返回軌道器跟隨著(zhù)陸器一起到達火星，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(chē)”的盤(pán)形車(chē)內，盤(pán)形車(chē)隨后會(huì )在減震器的保護下，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)隔離設施中，使其不受地球微生物等的污染。
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