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美歐攜手演繹《2031:火星漫游》

美歐攜手演繹《2031:火星漫游》
2019-11-27 09:04:00 科技日?qǐng)?bào)

美歐攜手演繹《2031:火星漫游》

歐洲的地球返回軌道器將跟蹤并抓取在軌道上裝有樣本的容器,。圖片來(lái)源:ESA官網(wǎng)

從行星科學(xué)的角度來(lái)看,火星宛如地球的“孿生兄弟”,。它們的形成時(shí)間,、內(nèi)部結(jié)構(gòu),乃至形成初期的環(huán)境都極相似,。但在隨后幾十億年間,,這對(duì)“兄弟”卻分道揚(yáng)鑣——地球生機(jī)盎然;火星卻荒涼死寂,。

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

多年醞釀,,美夢(mèng)終將成真,!據(jù)美國(guó)《科學(xué)》雜志網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道,由美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)和歐洲空間局(ESA)共同設(shè)計(jì)的“火星采樣返回”(MSR)任務(wù)現(xiàn)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(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員,、被稱(chēng)為“火星叔叔”的鄭永春博士對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者表示:“2019年是阿波羅登月50周年,,火星采樣任務(wù)在某種程度上可與阿波羅計(jì)劃相比擬?!?/p>

火星采樣勢(shì)在必行

為什么要進(jìn)行火星采樣任務(wù)呢,?鄭永春解釋說(shuō),在太陽(yáng)系內(nèi),,火星是與地球環(huán)境最相似的星球,,也是唯一有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模移民的星球。目前,,除了極少數(shù)火星隕石外,,人類(lèi)只能借助航天器進(jìn)行遙感和原位探測(cè)。雖然,,人類(lèi)在火星隕石中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)物,,在大氣層中檢測(cè)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(jīng)繁衍過(guò)生命,?這些問(wèn)題依然沒(méi)有答案,。而要想回答這些問(wèn)題,只能寄希望于火星樣本的研究,。

英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的空間科學(xué)家安德魯·科茨說(shuō):“火星采樣任務(wù)將是太空探索領(lǐng)域最重要的任務(wù)之一,。”

任務(wù)復(fù)雜分四步走

鄭永春介紹,,火星采樣返回任務(wù)非常復(fù)雜,,要分為采樣、取樣,、交接,、返回4個(gè)步驟。目前,,美國(guó)在火星著陸方面的技術(shù)已經(jīng)基本成熟,,明年發(fā)射的火星車(chē)將采集火星巖石和土壤樣本,并封裝在樣本管內(nèi),;而2028年發(fā)射的另一輛火星車(chē)要把散落在火星表面的這些樣本收集起來(lái),,封裝在一個(gè)密封球體內(nèi),這個(gè)任務(wù)耗時(shí)很長(zhǎng),,也很不容易,。

鄭永春強(qiáng)調(diào)說(shuō):“特別困難的是,火星采樣返回任務(wù),,要在火星上自動(dòng)發(fā)射火箭進(jìn)入火星上空,,與軌道器進(jìn)行交會(huì)對(duì)接。這些任務(wù)在地球上有人參與的情況下,,都是風(fēng)險(xiǎn)很高的技術(shù),,要在火星上無(wú)人參與的情況下實(shí)現(xiàn),難度就更大了,?!?/p>

返回火箭研發(fā)負(fù)責(zé)人、NASA馬歇爾太空飛行中心的安吉·杰克曼也表示:“讓樣本離開(kāi)火星并非易事,,這將是人類(lèi)首次從另一顆行星發(fā)射火箭,。”

此外,,為使用最少的燃料將樣本送回地球,,ESA希望借助離子推進(jìn)器來(lái)推動(dòng)地球返回軌道器。離子推進(jìn)器將利用太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能驅(qū)動(dòng)離子,,產(chǎn)生可持續(xù)數(shù)月的平穩(wěn)脈沖,,從而推動(dòng)航天器前進(jìn)。ESA的“貝皮·科倫坡”水星探測(cè)器正在使用這一方法前往水星,。鑒于離子推進(jìn)產(chǎn)生的推力較小,,因此這一行程預(yù)計(jì)歷時(shí)2年,而非9個(gè)月左右,。歐洲空間局MSR負(fù)責(zé)人桑杰·維杰德拉姆說(shuō):“離子推進(jìn)有缺點(diǎn),,但這意味著,我們可以利用歐洲現(xiàn)有技術(shù)完成這一任務(wù),?!?/p>

至于70億美元的費(fèi)用問(wèn)題,鄭永春表示:“阿波羅登月當(dāng)時(shí)用了200多億美元,,相當(dāng)于現(xiàn)在的上千億美元?,F(xiàn)在仍在火星上執(zhí)行任務(wù)的‘好奇號(hào)’火星車(chē),耗資26億美元,。所以,,如果能實(shí)現(xiàn)火星采樣的話(huà),70億美元實(shí)現(xiàn)人類(lèi)歷史第一次,,并不算很多,。”

希望發(fā)現(xiàn)生命證據(jù)

研究人員稱(chēng),,他們很難確切預(yù)測(cè)十年后將如何研究這些樣本,,但希望能發(fā)現(xiàn)火星上過(guò)去或現(xiàn)在存在生命的跡象。去年,,“好奇號(hào)”火星車(chē)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)富含有機(jī)大分子的地點(diǎn),,但它搭載的儀器不能鑒別出這些分子究竟源于生命還是由地質(zhì)過(guò)程產(chǎn)生。

西班牙馬德里天體生物學(xué)中心的瑪麗亞-帕扎·佐爾扎諾也參與了MSR科學(xué)優(yōu)先事項(xiàng)的認(rèn)定工作,。她說(shuō),,地球上的科學(xué)家可以分析來(lái)自耶澤洛隕石坑中樣本中同樣材料內(nèi)的碳同位素,以確定其是否源于生命,。

如果樣本內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何生命存在的跡象,,他們也想知道具體原因。麻省理工學(xué)院行星科學(xué)家本杰明·魏斯說(shuō):“是因?yàn)榛鹦遣灰司?,還是因?yàn)樯](méi)有產(chǎn)生過(guò),?”

科學(xué)家認(rèn)為,數(shù)十億年前,,隨著內(nèi)核變冷,,火星失去了自己的磁場(chǎng),大氣因此逃逸,,火星表面變得寒冷干燥,,并遭受強(qiáng)太空輻射的“侵蝕”,。通過(guò)收集不同樣本的數(shù)據(jù)并測(cè)量它們的古磁場(chǎng),以及它們形成的環(huán)境,,可以驗(yàn)證上述理論是否正確,。如果上述情況屬實(shí),那么是否由于火星在很早之前就變得不宜居,,以至于生命從來(lái)沒(méi)有開(kāi)始過(guò),。

原始狀態(tài)或遭破壞

為了更好地了解火星,人類(lèi)真是費(fèi)勁了心思,?!昂闷嫣?hào)”“洞察號(hào)”以及“火星采樣任務(wù)”中那些將陸續(xù)拜訪(fǎng)火星的火星車(chē)、著陸器等等,,在火星上“你方唱罷我登場(chǎng)”,,給荒涼孤寂的火星增添了幾分熱鬧和喧囂。

佐爾扎諾說(shuō),,隨著人類(lèi)探索火星的熱情與日俱增,,研究這一行星原始狀態(tài)的機(jī)會(huì)變得日益渺茫。她說(shuō):“如果我們現(xiàn)在不介入,,會(huì)錯(cuò)過(guò)這個(gè)獨(dú)特的時(shí)刻,。”

鄭永春對(duì)此也深表贊同,,他說(shuō):“隨著世界各國(guó)對(duì)火星探測(cè)的興趣日益增加,,會(huì)有越來(lái)越多航天器登陸火星?!?/p>

以2020年的火星發(fā)射窗口為例,,就將有美國(guó)、印度,、阿聯(lián)酋以及歐洲和俄羅斯合作的“火星太空生物”計(jì)劃(ExoMars)的火星車(chē)發(fā)射,;中國(guó)的火星探測(cè)器也將發(fā)射升空,并將執(zhí)行環(huán)繞火星,、登陸火星,、火星車(chē)巡視勘察等任務(wù)。

鄭永春略帶憂(yōu)心地指出:“這勢(shì)必會(huì)威脅火星現(xiàn)有的原始狀態(tài),,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(huà),今后即便科學(xué)家在火星上找到了生命或生命的‘蛛絲馬跡’,,也很難區(qū)分它們到底是不是地球上帶過(guò)去的,。”

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