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幾分鐘看星際旅行

歐洲的地球返回軌道器将跟蹤并抓取在軌道上裝有樣本的容器。圖片來源：ESA官網

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從行星科學的角度來看，火星宛如地球的“孿生兄弟”。它們的形成時間、内部結構，乃至形成初期的環境都極相似。但在随後幾十億年間，這對“兄弟”卻分道揚镳——地球生機盎然；火星卻荒涼死寂。

火星為何會遭遇如此凄慘的命運？火星上是否曾有生命出現？為解開這些謎團，科學家一直希望能從火星采回樣本進行研究，以揭示火星的“前世今生”。

多年醞釀，美夢終将成真！據美國《科學》雜志網站近日報道，由美國國家航空航天局（NASA）和歐洲空間局（ESA）共同設計的“火星采樣返回”（MSR）任務現已敲定：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。

中國科學院國家天文台研究員、被稱為“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50周年，火星采樣任務在某種程度上可與阿波羅計劃相比拟。”

火星采樣勢在必行

為什麼要進行火星采樣任務呢？鄭永春解釋說，在太陽系内，火星是與地球環境最相似的星球，也是唯一有可能實現大規模移民的星球。目前，除了極少數火星隕石外，人類隻能借助航天器進行遙感和原位探測。雖然，人類在火星隕石中發現了有機物，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？火星上是否曾經繁衍過生命？這些問題依然沒有答案。而要想回答這些問題，隻能寄希望于火星樣本的研究。

英國倫敦大學學院的空間科學家安德魯·科茨說：“火星采樣任務将是太空探索領域最重要的任務之一。”

任務複雜分四步走

鄭永春介紹，火星采樣返回任務非常複雜，要分為采樣、取樣、交接、返回4個步驟。目前，美國在火星着陸方面的技術已經基本成熟，明年發射的火星車将采集火星岩石和土壤樣本，并封裝在樣本管内；而2028年發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，封裝在一個密封球體内，這個任務耗時很長，也很不容易。

鄭永春強調說：“特别困難的是，火星采樣返回任務，要在火星上自動發射火箭進入火星上空，與軌道器進行交會對接。這些任務在地球上有人參與的情況下，都是風險很高的技術，要在火星上無人參與的情況下實現，難度就更大了。”

返回火箭研發負責人、NASA馬歇爾太空飛行中心的安吉·傑克曼也表示：“讓樣本離開火星并非易事，這将是人類首次從另一顆行星發射火箭。”

此外，為使用最少的燃料将樣本送回地球，ESA希望借助離子推進器來推動地球返回軌道器。離子推進器将利用太陽能電池闆産生的電能驅動離子，産生可持續數月的平穩脈沖，從而推動航天器前進。ESA的“貝皮·科倫坡”水星探測器正在使用這一方法前往水星。鑒于離子推進産生的推力較小，因此這一行程預計曆時2年，而非9個月左右。歐洲空間局MSR負責人桑傑·維傑德拉姆說：“離子推進有缺點，但這意味着，我們可以利用歐洲現有技術完成這一任務。”

至于70億美元的費用問題，鄭永春表示：“阿波羅登月當時用了200多億美元，相當于現在的上千億美元。現在仍在火星上執行任務的‘好奇号’火星車，耗資26億美元。所以，如果能實現火星采樣的話，70億美元實現人類曆史第一次，并不算很多。”

希望發現生命證據

研究人員稱，他們很難确切預測十年後将如何研究這些樣本，但希望能發現火星上過去或現在存在生命的迹象。去年，“好奇号”火星車發現了兩個富含有機大分子的地點，但它搭載的儀器不能鑒别出這些分子究竟源于生命還是由地質過程産生。

西班牙馬德裡天體生物學中心的瑪麗亞-帕紮·佐爾紮諾也參與了MSR科學優先事項的認定工作。她說，地球上的科學家可以分析來自耶澤洛隕石坑中樣本中同樣材料内的碳同位素，以确定其是否源于生命。

如果樣本内沒有發現任何生命存在的迹象，他們也想知道具體原因。麻省理工學院行星科學家本傑明·魏斯說：“是因為火星不宜居，還是因為生命并沒有産生過？”

科學家認為，數十億年前，随着内核變冷，火星失去了自己的磁場，大氣因此逃逸，火星表面變得寒冷幹燥，并遭受強太空輻射的“侵蝕”。通過收集不同樣本的數據并測量它們的古磁場，以及它們形成的環境，可以驗證上述理論是否正确。如果上述情況屬實，那麼是否由于火星在很早之前就變得不宜居，以至于生命從來沒有開始過。

原始狀态或遭破壞

為了更好地了解火星，人類真是費勁了心思。“好奇号”“洞察号”以及“火星采樣任務”中那些将陸續拜訪火星的火星車、着陸器等等，在火星上“你方唱罷我登場”，給荒涼孤寂的火星增添了幾分熱鬧和喧嚣。

佐爾紮諾說，随着人類探索火星的熱情與日俱增，研究這一行星原始狀态的機會變得日益渺茫。她說：“如果我們現在不介入，會錯過這個獨特的時刻。”

鄭永春對此也深表贊同，他說：“随着世界各國對火星探測的興趣日益增加，會有越來越多航天器登陸火星。”

以2020年的火星發射窗口為例，就将有美國、印度、阿聯酋以及歐洲和俄羅斯合作的“火星太空生物”計劃（ExoMars）的火星車發射；中國的火星探測器也将發射升空，并将執行環繞火星、登陸火星、火星車巡視勘察等任務。

鄭永春略帶憂心地指出：“這勢必會威脅火星現有的原始狀态，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，今後即便科學家在火星上找到了生命或生命的‘蛛絲馬迹’，也很難區分它們到底是不是地球上帶過去的。”

責編：李文瑤

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