一起去火星吧！NASA毅力號任務圖解

來源： Nature Portfolio

“毅力號”火星車將探訪耶澤羅隕石坑，採集首批火星岩石樣本。

大概在39億年前，一顆不規則岩石撞向火星，在火星表面砸出了一個45千米寬的巨坑，人們稱其爲耶澤羅隕石坑（Jezero Crater）。美國當地時間2月18日，NASA的最新火星車在這個隕石坑着陸。

NASA的目標是探索火星上這片過去溫暖潮溼，甚至可能很宜居的區域。遍佈這個隕石坑的各種地質構造暗示這裏曾經有水，包括一個湖泊和一個河流三角洲的遺蹟。目前尚無探測器抵達過這片區域，研究這裏的岩石構成將給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。

“毅力號”將探索耶澤羅隕石坑（上圖爲藝術再現圖），這裏也是人類迄今在火星上探索過的最古老地形。來源：NASA/JPL-Caltech

“耶澤羅非常特別。” 印第安納州普渡大學的行星科學家、該任務科學組成員Briony Horgan說。

NASA這臺六輪火星車取名“毅力號”（Perseverance），它將以機器人地質學家的身份遍訪耶澤羅隕石坑，先研究那些露出頭的部分，再挖取灰塵和岩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（略少於兩個地球年）時，它將行進超過15公里。它還將採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——這也將是火星岩石首次被帶回地球。

目的地：耶澤羅

還有兩項任務也在2月抵達了火星。阿聯酋的“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——這對阿聯酋和中國來說都是第一次。但“毅力號”的目標是成爲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），這個隕石坑是一個乾涸的湖牀，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。）迄今爲止，只有8臺探測器成功降落在火星表面並開展工作（見“着陸”）。

着陸

截至目前，成功在火星着陸並運行的探測器只有8臺，第一臺是1976年的“海盜號”（Viking）雙子着陸器。“毅力號”將在當地時間2月18日前往一個尚且“無人問津”的區域。

“毅力號”讓科學家們激動不已，因爲它可以回答關於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。“火星上的這個區域是非常古老的，”加州噴氣推進實驗室的行星地質學家、“毅力號”科學組成員Vivian Sun說，“這裏之所以很重要，是因爲火星最古老的時期也是我們認爲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一個7.7×6.6千米的橢圓形區域着陸——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，形成雲層和降雨。水闢蹊徑，形成了河谷和湖泊——科學家如今仍能從火星表面看到這些遺蹟。但是，火星後來開始變冷變幹，宜居性大大下降。

火星環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，沉積物留在了河裏，形成了一個延伸到東邊的三角洲。這個三角洲和湖泊的內部以及周圍條件應該足以支持微生物的生存。後來，這條河流慢慢乾涸，剩下的地層也變成了現在的岩石。

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岩石裏的有機物，這或許能用來判斷這裏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腐爛後的殘餘。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鑽取，發現有機物的跡象，田納西大學地質學家、“毅力號”科學組成員Linda Kah說。

潮溼的過去

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。

來源：NASA/JPL-Caltech/MSSS/JHU-APL/Brown University

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岩石。此前環繞器的觀測顯示，這些岩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（包括石灰岩）經常與珊瑚礁等生物有關，還與保存了過去的有機物（如微生物）的化石有關。“碳酸鹽讓我們這些地球生物學家喜不自勝。”Kah說。

前進之路

一旦着陸成功，“毅力號”的最大挑戰是如何快速高效地偵察所有目標區域，並採集樣本。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。

爲此，團隊的科學家已經擬定了“毅力號”着陸後的可能行進路線。“很多情況都將取決於我們在這個8千米寬的目標區域的降落位置。”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，沿路採集不同地點的岩石，之後駛離耶澤羅，把採集的岩石樣本丟在某處，等待未來的火星任務把它們帶回地球。

“毅力號”的一個可能着陸點是隕石坑底，正好在三角洲峭壁的前面。科學家尚不清楚隕石坑底的組成成分，但那裏的岩石似乎顏色較深，較光滑，可能是一次火山泥石流。如果是這樣，採集樣本就成了任務組科學家心中的首要目標：當樣本最終返回地球時，他們就能通過分析確定形成這些岩石的火山噴發的日期，這有助於理解耶澤羅各類地質事件的發生時間。

火星車還可以從隕石坑底往上爬，爬到三角洲上去，在那裏採集富含粘土的樣本和其他岩石。在這之後，火星車還能開到可能富含碳酸鹽的岩石上進行鑽取，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，至少能採集15到20管不同類型的岩石樣本。

在這個視頻中，科學家Ken Farley帶領觀衆俯瞰了“毅力號”將探索的地形。來源：NASA/JPL-Caltech

岩石採集器

爲了獲得岩石和土壤樣本，“毅力號”將藉助機械臂上的一個鑽頭（見“探索工具”）。它將重複採集最重要的樣本，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。這麼做是爲了確保這些首批樣本能被未來的火星任務輕鬆帶回地球。

如果火星車在第一個火星年後狀態良好，它將從隕石坑邊緣前往周圍的尼羅高原（Nili Planum）。這部分任務旨在探索迄今探測過的最古老地形，包括一些超大塊岩石，這些岩石是近40億年前另一顆巨大小行星撞擊時從火星深處炸出來的。這些岩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家直接探測過。“它們靜靜地待在那裏，可能已有30多億年了，等着我們去發現它們。”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，用來採集岩石樣本的鑽頭位於機械臂的末端。

根據之前的觀測結果，尼羅高原上還有古代水熱系統的遺蹟，這裏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，這些水熱區域充滿了各種微生物生態系統——火星上或許也有過這番景象。因此，尼羅高原可能有着與耶澤羅隕石坑完全不同的宜居環境。

如果這些“擴展任務”都進展順利，“毅力號”將把帶着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：提前偵察和拍攝地形，幫助“毅力號”導航。（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出的聲音。）來源：NASA/JPL-Caltech

“毅力號”還將在火星上執行其他任務，包括試飛第一架在其他星球起飛的直升機——這是爲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，爲未來的人類探索開發資源。不過，它的首要任務還是採集那些樣本，以便有一天能被帶回地球。

歐洲航天局和NASA 正在規劃將這些樣本返回地球的兩項任務。這些任務最早將在2026年啓動，屆時會向耶澤羅隕石坑或尼羅高原發送一個火星車去取回“毅力號”留下的樣本管，再發送一個環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，並於最早2031年把樣本送回地球。

“毅力號”是這一長串任務的第一步——也是科學家幾十年來翹首以盼的一步。“‘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？我們能否找到象徵生命存在過的證據？”Sun說。“我超級激動。”