“这将是人类迈出的巨大一步”——“好奇”号火星探测任务介绍

发布时间：12年10月09日

编译方陵生

　　8月6日，首次以核燃料钚为动力的价值25亿美元的“好奇”号火星探测器成功登陆火星，并很快向地面传回着陆点的图片。NASA的这次火星探测任务是从去年11月25日发射“好奇”号开始的，是有史以来最为雄心勃勃和昂贵的一次火星探测任务，它携带了最先进的各种探测仪器和设备，计划在火星着陆点附近检测是否曾经有适合生命存在的条件，或在岩石中搜索生命曾经存在过的迹象，每天24小时不间断地工作，并在火星上度过冬天。

“好奇”号火星车以钚为动力（体积相当于SUV车的大小），配备了许多强大的传感器和被称为“空中吊车”的新的着陆缓冲方案

安全登陆和着陆点选择

　　对于这次“好奇”号成功登陆火星，曾参与2004年“勇气”号和“机遇”号火星探测器登陆火星任务的首席科学家史蒂夫·斯奎尔斯（Steve Squyres）说道：“这将是人类迈出的巨大一步。”

　　“在火星上着陆是很有风险的，”斯奎尔斯说道。“勇气”号和“机遇”号都是被裹在安全气囊中以弹跳方式降落火星表面的，但以“好奇”号五倍的重量很容易会穿破安全气囊，“安全气囊技术已达到我们能够做到的极限，”斯奎尔斯说道，“空中吊车系统是解决这一问题的一个很好的方案。”

　　这一超庞大的火星探测任务，也被称为“火星科学实验室”，并非一直是一帆风顺的。一些工程问题上的困难，包括被称为执行器齿轮的电动机驱动问题等，迫使“好奇”号发射任务延迟两年。“这一直是一种尝试，”罗得岛布朗大学的杰克·马斯塔德（Jack Mustard）坦承，“但如果美国宇航局（NASA）这次能够成功，就能证明人类拥有了可承受更大质量的着陆系统，这对于下一阶段火星登陆任务非常重要，即在火星上采集的样本带回地球。”

　　在“空中吊车”放下火星车之前，通过抛弃一些负重量使探测器稍作倾斜，以赋予它更大的空气动力学控制能力，使得目标降落点控制在长度仅为20公里的椭圆形内，只是“勇气”号和“机遇”号的七分之一。“好奇”号项目科学家约翰·P·格罗钦格（John P.Grotzinger）指出，因为着陆点越大，就更有可能遇到陡峭的山坡或巨石等不适合降落的危险地形。

　　经过多年的慎重考虑，最后决定将着陆点定在火星赤道附近150公里宽的盖尔环形山（又称为盖尔陨石坑）处。印第安纳州圣母大学的拉尔夫·米利肯（Ralph Milliken）说道，“这是火星地表的一个深坑。”但奇怪的是，坑内的岩石堆却几乎和深坑外壁一样高。

　　如此巨大的深坑结构是如何形成的？地质学家们意见不一，但他们都认为，在深坑形成的过程中，肯定有某种形式的水的参与。这是因为山脚下的岩石是由粘土层和硫酸盐层形成的，这两者都离不开水，目前已经确定这些岩石的形成在大约35亿年前。

　　“如果火星上有湖，盖尔环形山就有这个可能，”NASA艾姆斯研究中心的戴维·布莱克（David Blake）说道，雨水、雪水或上升的地下水有可能在坑中汇聚，水分蒸发以后，粘土和硫酸盐则可能留了下来。

　　“好奇”号将超越之前在火星上“寻找水的踪迹”的目标。在NASA侦察轨道器和“火星快车”探测器传回火星在过去甚至现在有水的证据的照片之后，没有人再怀疑在这个红色星球上曾经有过液态水。“我们知道在火星历史上的某个时期，曾存在大量的水。”米利肯补充道。

在火星上寻找有机分子

　　“好奇”号将能比以往任何一次火星探测任务提供更多关于火星之谜的答案。“勇气”号和“机遇”号只能通过光谱来检测岩石中的某些特定元素，比如铁。“好奇”号也会对火星岩石的元素化学成份进行检测，但却会以更先进的方法：在空中7米的高度，用激光轰击岩石，然后对岩石电离化后产生的蒸汽光谱进行研究。对重要的矿物元素，它会用机械臂上的钻头收集深达5厘米处的岩石样本。

　　这次“好奇”号将执行一个之前只能在地球上才能完成的壮举：在确定岩石样本中具体矿物质后――铁硫酸或硫酸镁――将研成粉状的岩石样本放入一个化学与矿物学分析（CheMin）系统中，CheMin对岩石粉末拍摄X射线，并研究其产生的衍射图。就像人的指纹一样，地球上约7 000种左右的矿物中，每一种都有一个独特的X-射线衍射图的“签名”。

　　“CheMin会告诉我们，火星上存在的所有矿物种类以及每种矿物的储量。”布莱克说道，“对火星上各种矿物的分析，可提供这些矿物形成过程中火星环境中温度、压力、酸度等许多重大线索。”CheMin可揭示盖尔环形山是否是适合生命存在的地方。但是，真的能在火星找到生命存在的踪迹吗？明确检测生命存在的迹象将是一项异常困难的任务，通过寻找有机分子，“好奇”号将尽最大可能寻找这一问题的答案。

　　复杂的含碳分子不一定就是生命存在的信号。例如，它们也漂浮在星际空间的恶劣环境中，正如我们所知道的，它们是构成生命的基石。“好奇”号上的各种仪器能检测到只有十亿分之四十浓度的有机分子。“它并不是一个直接的生命迹象，”格罗钦格说道，“如果它确实存在过，我们就有可能发现留存下来的有机化合物。”

　　但要找到它们并非易事，就像其他几次火星探测任务所表明的那样。有机分子有可能随着陨石降落火星，但无论NASA 1976年的“海盗”号探测器，还是其2008年的“凤凰”探测器，都没有发现什么。原因在于这些有机分子很容易被摧毁，包括困在岩石中的远古有机物质可能会被流过岩石的水破坏，致使有机分子分裂，产生二氧化碳气体。如果有机分子被困在地表之下或之上的岩石中，火星地核中的热量也可将其摧毁，或宇宙射线或过氧化氢等氧化物质会对分子造成破坏。

　　然而“好奇”号拥有更有利的成功机会，部分原因在于它所选择的着陆地点。在地球上，有机分子往往被困在细小的微粒中，所以在盖尔环形山附近的粘土层结构中发现有机分子的希望很大。

　　在“好奇”号登陆之后不久，火星车将开始攀爬土堆，在攀爬过程中，它会发现其他与水有关的特征，包括曾经有过水存在的沟渠等。“我们想要研究探测的不只是一种，而是多种有可能适合人类居住的环境，”格罗钦格说道。

　　寻找到任何类型的有机分子都将是一个巨大的成功。这次“好奇”号携带的仪器有望发现更多关于生命存在的迹象，例如一种名为SAM的工具包，可在火星上对样本进行现场分析。研究人员最感兴趣的是，SAM可以测量同位素碳12和碳13的相对丰度，由此推断火星上碳基生命存在的可能性究竟有多大。地球上的生命形式更倾向于较轻的同位素，如果在火星上测量到更多的轻碳，这至少与生物学上的假设相一致。然而，火星上的天然同位素丰度可能与地球上有所不同，这将使分析工作更为复杂。

　　此外，SAM将探测有机分子的手性，以寻找是否有来自生命存在的线索。许多分子都有“左手”与“右手”的不同形式，在非生物过程中，这两种形式分子的数量是相等的。“但在有生命存在的情况下，这两种分子的比例就会不同，”法国巴黎第六大学的米歇尔·卡巴尼（Michel Cabane）说道，“如果左右分子的数量不等，我们就可以开始推测有生物源的存在。”

不直接寻找生命的疑问

　　一些狂热的火星迷们也许会问，那么为什么不派遣机器人直接在火星上寻找“小绿人”之类的外星人呢？

　　1976年，NASA的“海盗”号着陆器正是这么做的，他们在火星土壤样本中留下了营养丰富的“套餐”，以吸引有可能生活在火星上的微生物――“营养套餐”中含有放射性碳，如果“食物”被消化，样本中的辐射监测仪就将检测到所产生的气体。最后，没有发现土壤中有机物存在的证据和外星生命存在的迹象。

　　米利肯说道：“他们希望找到生命的迹象，但反馈的结果基本上都是否定的，火星上没有我们所了解的生命形式。”因此在之后的20年里，NASA没有再实施下一次火星任务。

　　这次花费25亿美元打造的“好奇”号火星车，计划寻找与生命存在有关的有机分子和同位素，但NASA仍然回避“生命”一词。“NASA不会对纳税人说，他们花了25亿至30亿美元在火星上寻找生命，最后说，‘我们没有发现生命，或谢谢之类的话，’”卡巴尼说道。

　　马斯塔德说道：“如果发布消息说，你正在寻找生命，即使它对于我们许多人来说都是非常重要的，但结果却是一无所获，或模棱两可的回答，人们会感到失望。”

　　马斯塔德认为，“好奇”号和其他火星登陆任务一样，都只能在有限的时间内探索有限的区域。这次“好奇”号的着落点可能曾经是一个湖泊，但科学家已发现了其他可能有生命存在的区域，例如地表下面的热液泉。“火星历史的最初十亿年里经历了环境的巨大变化，”加州理工学院的伯达尼·埃曼（Bethany Ehlmann）说道，“我们知道火星环境是多样性的，因此很难说我们找到的证据就能证明‘火星上没有生命’。”

资料来源New Scientist

责任编辑则鸣

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