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,。圖片來源：ESA官網(wǎng)

從行星科學(xué)的角度來看，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,，在太陽系內(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,，人類只能借助航天器進(jìn)行遙感和原位探測(cè)。雖然,，人類在火星隕石中發(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)繁衍過生命,？這些問題依然沒有答案。而要想回答這些問題,，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：“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?！?/p>

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)射的另一輛火星車要把散落在火星表面的這些樣本收集起來，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：“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)，要在火星上無人參與的情況下實(shí)現(xiàn),，難度就更大了,。”

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：“讓樣本離開火星并非易事,，這將是人類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)器來推動(dòng)地球返回軌道器。離子推進(jìn)器將利用太陽能電池板產(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：“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，耗資26億美元,。所以,，如果能實(shí)現(xiàn)火星采樣的話，70億美元實(shí)現(xiàn)人類歷史第一次,，并不算很多?！?/p>

希望發(fā)現(xiàn)生命證據(jù)

研究人員稱,，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)火星上過去或現(xiàn)在存在生命的跡象,。去年,，“好奇號(hào)”火星車發(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，地球上的科學(xué)家可以分析來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：“是因?yàn)榛鹦遣灰司?，還是因?yàn)樯]有產(chǎn)生過,？”

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,，以至于生命從來沒有開始過。

原始狀態(tài)或遭破壞

為了更好地了解火星,，人類真是費(fèi)勁了心思,。“好奇號(hào)”“洞察號(hào)”以及“火星采樣任務(wù)”中那些將陸續(xù)拜訪火星的火星車,、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,，隨著人類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：“如果我們現(xiàn)在不介入,，會(huì)錯(cuò)過這個(gè)獨(dú)特的時(shí)刻?！?/p>

鄭永春對(duì)此也深表贊同,，他說：“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,、火星車巡視勘察等任務(wù)。

鄭永春略帶憂心地指出：“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，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去的,。”