美国宇航局的火星探测器“毅力号”,2020 年 3 月 5 日。看来美国航天局将是第一个从火星带回任何东西的机构。但该任务被多次推迟,最终于今年一月被取消,为中国扫清了障碍。美国宇航局/法新社/盖蒂图片社提供
大约在下一个十年之初,另一个世界的一部分将被带到地球,进行研究、实验、观察,并希望发现其中存在生命。
不,不是月亮。卢娜死了,一直都是。但火星可能曾经存在过——也可能仍然存在。
多年来,通过卫星的飞越和各种漫游车的缓慢行驶,潜在生命的迹象不断积累,这些漫游车自 1997 年以来一直出现在这颗红色星球上。
其中第一批是由美国宇航局发送的,美国航天局似乎将是第一个从火星带回任何东西的机构,收集由毅力号火星人精心准备的材料,这是所有机器人火星人中最新、最先进的。
但该任务被多次推迟,并最终于今年一月被取消,为新的太空强国中国创造历史扫清了障碍。
“如果火星上存在任何生命存在的证据,那将彻底改写我们所知道的生命历史,”天文三号火星样本返回任务成员、香港大学地球与行星科学系教授李宜良说。
如果一切按计划进行,天问三号将分两个阶段在 2028 年发射,派遣一个着陆器在火星表面收集样本,并派出一个上升飞行器,将其带到在轨道上等待的另一艘飞船,后者将把样本送回地球,并于 2031 年抵达。
李教授和他的团队目前正在研究火星的卫星图像,以期在今年年底前将潜在的着陆点清单缩小到三个——一个主要站点和两个备用站点,以防出现沙尘暴或其他并发症。
2021 年 4 月 30 日,由毅力号火星车拍摄的火星独创号直升机(右)飞越火星表面。天问三号火星样本返回任务成员李宜良表示,他的团队正在仔细研究火星的卫星图像,以寻找最佳着陆点。美国宇航局/美联社
李教授说,选择这样一个地点是任务的科学和工程方面之间的微妙之舞。他的团队希望优先考虑火星上有潜在水迹象的部分,这被视为寻找生物特征(过去或现在生命的证据)的最佳机会,而他的同事们希望确保着陆器不会坠毁或卡住,从而浪费多年的努力和数十亿美元。
“问题在于地质学家想去的地方并不是工程师想去的地方,”曾参与过多次 NASA 火星任务的伦敦帝国学院地球科学教授桑吉夫·古普塔 (Sanjeev Gupta) 说。
随着 19 世纪和 20 世纪望远镜技术的进步,一些人相信他们看到了火星上活动的迹象,美国天文学家珀西瓦尔·洛厄尔 (Percival Lowell) 在 1907 年自信地宣称,“这颗行星目前是智慧、建设性生命的家园。”
更仔细的检查表明,这些观测结果(包括运河网络)只是海市蜃楼,当美国宇航局和苏联在 20 世纪 60 年代和 70 年代向火星发射探测器时,人们普遍认为它是一颗死亡行星。
但这个结论已经 近年来,这一挑战受到了挑战,这要归功于地球本身的发现——包括证据表明水的数量比以前想象的要多得多——以及地球上的极端微生物在被认为对生命不利的条件下繁衍生息。
2020 年 7 月 23 日,作为天问一号火星任务一部分的长征五号火箭携带轨道飞行器、着陆器和月球车从中国南部海南省文昌航天发射中心升空。诺埃尔·塞利斯/法新社/盖蒂图片社
“青藏高原的卤水盐度非常高,冰点非常低,”李教授说。 “可能有类似的非常咸的水从火星深处垂直循环到表面,其温度和营养物质适合地球上的极端微生物。”
漫游者已经在火星上发现了潜在的生物特征,但要证明它们是由生物体而不是化学反应留下的,更不用说证明我们所知道的生命存在了,即使是最先进的机器人也可能无法在火星表面上做到这一点。
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“我们需要在地球实验室中分析生命的化学特征,”古普塔教授说。 “即使我们找到了生命存在的证据,也不会是轻而易举的事——任何初步的初步发现都会受到科学界的争议——但它将成为研究的引擎、发现的引擎。”
然而,在样本返回项目与唐纳德·特朗普总统领导下的美国宇航局预算大幅削减发生冲突后,毅力号的有效载荷仍将在地球上运行。
毅力号团队现在将成为中国任务的旁观者,虽然中国任务的野心不大——针对一个地区和样本来源,而不是像毅力号那样多年来在不同地点收集样本——但它似乎确实在继续前进,北京坚定支持天问计划,同时也计划将宇航员送上月球。
该计划——嫦娥,以中国月亮女神的名字命名——已经取得了巨大成功,将第一辆月球车降落在月球背面并从月球表面检索了样本。
然而,从火星获取样本是一项复杂得多的操作。地球与火星之间的平均距离是我们与月球之间距离的500多倍。阿尔忒弥斯二号飞越总共花了九天;仅仅到达火星就需要七到十个月的时间。
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与月球不同,火星有大气层,这使得登陆更加困难,起飞更加困难。然后,任何样本都必须与轨道飞行器对接,返回地球并安全着陆,之后将被隔离,以避免污染任何潜在的生物特征,并避免某种火星生命感染我们的生物圈的可能性。
2019 年 4 月 17 日,在距离中国西北甘肃省金昌约 40 公里的戈壁沙漠中,一群学生走过 C 空间项目“火星一号基地”的着陆器模型。该项目的目的是让青少年和游客了解地球上的生活。法新社撰稿人#AFP/AFP/Getty Images
古普塔教授表示,鉴于天问三号将收集的样本较为有限,它们“极不可能”包含生命或过去生命的证据,但它们仍将提供有关火星地质的大量信息,并作为未来样本返回任务的概念证明。
从火星返回样本不仅能让我们更好地了解那个星球,还能让我们更好地了解我们自己的星球。与地球不同,火星没有板块构造,这意味着除了古代海洋的影响和偶尔的小行星撞击之外,火星表面自诞生以来基本上是静态的,因此研究它可以让我们了解地球在早期阶段的情况。
“从某些方面来说,去火星就是了解我们自己,”古普塔教授说。
虽然人们主要关注在火星上寻找生命,但证明相反的事实可以让我们深入了解生命的存在方式和原因 e存在于地球上。正如极端微生物的存在所表明的那样,生命充满了每一个生态位,但这使得在化石记录中找到生命开始的点变得异常困难。
“假设火星上没有生命出现。这意味着我们可以获得地球上没有的生命起源化学,”古普塔教授说。 “(地球)岩石中存在一些大约 39 亿年的暂定物质,引起了广泛的争议,但我们没有生命起源前的岩石记录,而火星可以给我们这些记录。”
李教授表示,当我们对这个星球还知之甚少时,埃隆·马斯克等人物以及政府越来越关注将人类送上火星,这让他感到沮丧。
“火星的辐射非常高,非常寒冷,非常干燥,但在这些条件下仍然有可能出现极端微生物,”他说。 “如果我们把人带到火星,我们可能会污染整个星球。我们应该非常小心。”
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