一起去火星吧！NASA毅力號任務(wù)圖解
來源： Nature Portfolio
“毅力號”火星車將探訪耶澤羅隕石坑，采集首批火星巖石樣本。
大概在39億年前，一顆不規(guī)則巖石撞向火星，在火星表面砸出了一個45千米寬的巨坑，人們稱其為耶澤羅隕石坑（Jezero Crater）。美國當?shù)貢r間2月18日，NASA的最新火星車在這個隕石坑著陸。
NASA的目標是探索火星上這片過去溫暖潮濕，甚至可能很宜居的區(qū)域。遍布這個隕石坑的各種地質(zhì)構(gòu)造暗示這里曾經(jīng)有水，包括一個湖泊和一個河流三角洲的遺跡。目前尚無探測器抵達過這片區(qū)域，研究這里的巖石構(gòu)成將給NASA一個絕佳機會，回答火星上是否有過生命這一存在很久的問題。
“耶澤羅非常特別。” 印第安納州普渡大學(xué)的行星科學(xué)家、該任務(wù)科學(xué)組成員Briony Horgan說。
NASA這臺六輪火星車取名“毅力號”（Perseverance），它將以機器人地質(zhì)學(xué)家的身份遍訪耶澤羅隕石坑，先研究那些露出頭的部分，再挖取灰塵和巖石放入火星車腹部的一盤樣本管中。如果一切順利，當“毅力號”在火星表面待滿一個火星年（略少于兩個地球年）時，它將行進超過15公里。它還將采集一組非常珍貴的樣本，把它們放在火星地表，留待未來的探測器將其取回——這也將是火星巖石首次被帶回地球。
目的地：耶澤羅
還有兩項任務(wù)也在2月抵達了火星。阿聯(lián)酋的“希望號”探測器在2月9日入軌火星，隔天中國“天問一號”也加入其中——這對阿聯(lián)酋和中國來說都是第一次。但“毅力號”的目標是成為2012年以來首個登陸火星的火星車。2012年，NASA的“好奇號”（Curiosity）探測器降落在蓋爾隕石坑（Gale Crater），這個隕石坑是一個干涸的湖床，距離耶澤羅約3700公里。（“天問一號”計劃最早在5月讓一臺火星車降落，而“希望號”沒有降落計劃。）迄今為止，只有8臺探測器成功降落在火星表面并開展工作（見“著陸”）。
著陸
截至目前，成功在火星著陸并運行的探測器只有8臺，第一臺是1976年的“海盜號”（Viking）雙子著陸器 。“毅力號”將在當?shù)貢r間2月18日前往一個尚且“無人問津”的區(qū)域。
“毅力號”讓科學(xué)家們激動不已，因為它可以回答關(guān)于火星過去的種種問題，這些問題到目前都純屬猜測。耶澤羅的遠古裂縫地層將是人類在火星上探索過的最古老地形。“火星上的這個區(qū)域是非常古老的，”加州噴氣推進實驗室的行星地質(zhì)學(xué)家、“毅力號”科學(xué)組成員Vivian Sun說，“這里之所以很重要，是因為火星最古老的時期也是我們認為生命最可能存在的時期。”
古老地貌
“毅力號”將在耶澤羅隕石坑內(nèi)一個7.7×6.6千米的橢圓形區(qū)域著陸——不是在其計劃探索的古代河流三角洲旁邊，就是在三角洲的頂部。
在約41億年到37億年前，火山噴出的氣體進入了火星大氣，變厚的大氣捕獲了熱量，形成云層和降雨。水辟蹊徑，形成了河谷和湖泊——科學(xué)家如今仍能從火星表面看到這些遺跡。但是，火星后來開始變冷變干，宜居性大大下降。
火星環(huán)繞器拍下的照片顯示，該時期形成的一條河流曾穿過耶澤羅隕石坑的西部邊緣。這條河流應(yīng)該將一些沉積物的微小顆粒從很遠的上游帶了下來。當河水流入隕石坑時，沉積物留在了河里，形成了一個延伸到東邊的三角洲。這個三角洲和湖泊的內(nèi)部以及周圍條件應(yīng)該足以支持微生物的生存。后來，這條河流慢慢干涸，剩下的地層也變成了現(xiàn)在的巖石。
三角洲勘探
“毅力號”探索的就是耶澤羅的這個古代三角洲。它的一個目標是尋找三角洲巖石里的有機物，這或許能用來判斷這里是否有過微生物或其他生命形式。地球上的密西西比河三角洲就有大量有機物，這些有機物是上游的植物等物質(zhì)腐爛后的殘余。如果耶澤羅三角洲也保存了這類有機物，“毅力號”就能通過在地層上勘察和鉆取，發(fā)現(xiàn)有機物的跡象，田納西大學(xué)地質(zhì)學(xué)家、“毅力號”科學(xué)組成員Linda Kah說。
潮濕的過去
億萬年前，一條河流從西面流入耶澤羅，形成了一個注滿隕石坑的大湖。沉積物從河水中析出，形成了一個扇形的三角洲。
尋找火星過去生命跡象的另一個地方是這個古代湖泊的沿岸——“毅力號”也將勘探這個三角洲沿岸以及與隕石坑邊緣平行的一排巖石。此前環(huán)繞器的觀測顯示，這些巖石可能是由碳酸鹽礦物組成的，碳酸鹽礦物在火星上很少見，但在地球上很常見。碳酸鹽（包括石灰?guī)r）經(jīng)常與珊瑚礁等生物有關(guān)，還與保存了過去的有機物（如微生物）的化石有關(guān)。“碳酸鹽讓我們這些地球生物學(xué)家喜不自勝。”Kah說。
前進之路
一旦著陸成功，“毅力號”的最大挑戰(zhàn)是如何快速高效地偵察所有目標區(qū)域，并采集樣本。NASA只給了“毅力號”一個火星年（將近兩個地球年）的時間來完成這一初步任務(wù)。
為此，團隊的科學(xué)家已經(jīng)擬定了“毅力號”著陸后的可能行進路線。“很多情況都將取決于我們在這個8千米寬的目標區(qū)域的降落位置。”Kah說。
“毅力號”的旅程
“毅力號”的一個可能路線是降落在隕石坑底，再穿過這個古代河流三角洲，沿路采集不同地點的巖石，之后駛離耶澤羅，把采集的巖石樣本丟在某處，等待未來的火星任務(wù)把它們帶回地球。
“毅力號”的一個可能著陸點是隕石坑底，正好在三角洲峭壁的前面。科學(xué)家尚不清楚隕石坑底的組成成分，但那里的巖石似乎顏色較深，較光滑，可能是一次火山泥石流。如果是這樣，采集樣本就成了任務(wù)組科學(xué)家心中的首要目標：當樣本最終返回地球時，他們就能通過分析確定形成這些巖石的火山噴發(fā)的日期，這有助于理解耶澤羅各類地質(zhì)事件的發(fā)生時間。
火星車還可以從隕石坑底往上爬，爬到三角洲上去，在那里采集富含粘土的樣本和其他巖石。在這之后，火星車還能開到可能富含碳酸鹽的巖石上進行鉆取，再開到耶澤羅的邊緣巡視一番。
如果火星車按照這個路線走，它將行進超過15公里，至少能采集15到20管不同類型的巖石樣本。
在這個視頻中，科學(xué)家Ken Farley帶領(lǐng)觀眾俯瞰了“毅力號”將探索的地形。來源：NASA/JPL-Caltech
巖石采集器
為了獲得巖石和土壤樣本，“毅力號”將借助機械臂上的一個鉆頭（見“探索工具”）。它將重復(fù)采集最重要的樣本，一式兩份。當“毅力號”抵達耶澤羅隕石坑的邊緣時，它會將其中一份樣本留在地上，把另一份塞進自己的腹部。這么做是為了確保這些首批樣本能被未來的火星任務(wù)輕松帶回地球。
如果火星車在第一個火星年后狀態(tài)良好，它將從隕石坑邊緣前往周圍的尼羅高原（Nili Planum）。這部分任務(wù)旨在探索迄今探測過的最古老地形，包括一些超大塊巖石，這些巖石是近40億年前另一顆巨大小行星撞擊時從火星深處炸出來的。這些巖石可能不僅來自火星殼，還可能來自更深的火星幔——這一部位還沒有被科學(xué)家直接探測過。“它們靜靜地待在那里，可能已有30多億年了，等著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)它們。”Horgan說。
探索工具
汽車大小的“毅力號”上還搭載了許多探測儀器，用來采集巖石樣本的鉆頭位于機械臂的末端。
根據(jù)之前的觀測結(jié)果，尼羅高原上還有古代水熱系統(tǒng)的遺跡，這里的熱水曾滲透到火星殼。地球上，像是懷俄明州黃石國家公園等，這些水熱區(qū)域充滿了各種微生物生態(tài)系統(tǒng)——火星上或許也有過這番景象。因此，尼羅高原可能有著與耶澤羅隕石坑完全不同的宜居環(huán)境。
如果這些“擴展任務(wù)”都進展順利，“毅力號”將把帶著的所有采樣管都裝滿。除了在耶澤羅隕石坑邊緣留一份樣本外，其他樣本管將被留在尼羅高原的某處，等待被取回。
該視頻模擬了“毅力號”的直升機將在火星上完成的任務(wù)：提前偵察和拍攝地形，幫助“毅力號”導(dǎo)航。（該視頻包含機械和直升機葉片在原本靜默無聲的火星上發(fā)出的聲音。）來源：NASA/JPL-Caltech
“毅力號”還將在火星上執(zhí)行其他任務(wù)，包括試飛第一架在其他星球起飛的直升機——這是為了偵察火星地表的哪條路最安全。此外，“毅力號”還將用不同方式提取火星大氣中的氧氣，為未來的人類探索開發(fā)資源。不過，它的首要任務(wù)還是采集那些樣本，以便有一天能被帶回地球。
歐洲航天局和NASA 正在規(guī)劃將這些樣本返回地球的兩項任務(wù)。這些任務(wù)最早將在2026年啟動，屆時會向耶澤羅隕石坑或尼羅高原發(fā)送一個火星車去取回“毅力號”留下的樣本管，再發(fā)送一個環(huán)繞火星的軌道探測器。火星車會把樣本管放在火箭上，將它們送入火星軌道，等待軌道探測器的接應(yīng)，并于最早2031年把樣本送回地球。
“毅力號”是這一長串任務(wù)的第一步——也是科學(xué)家?guī)资陙砺N首以盼的一步。“‘毅力號’將首次有望回答其他火星車無法回答的重大問題：火星上有過生命嗎？我們能否找到象征生命存在過的證據(jù)？”Sun說。“我超級激動。”
