“這將是人類邁出的巨大一步” ——英國《新科學(xué)家》雜志介紹“好奇”號(hào)火星探測任務(wù)
□方陵生 編譯
“好奇”號(hào)火星車是美國宇航局火星遠(yuǎn)征計(jì)劃最近一次的重磅出擊，它將標(biāo)志著我們與這顆紅色星球關(guān)系的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
這次火星探測任務(wù)是從去年11月25日正式發(fā)射“好奇”號(hào)火星探測車開始的。價(jià)值25億美元的“好奇”號(hào)是有史以來最雄心勃勃、最昂貴的火星探測任務(wù)，它攜帶了最先進(jìn)的各種探測儀器和設(shè)備，它將在火星著陸點(diǎn)檢測是否曾經(jīng)有適合生命存在的條件，并在巖石中搜索生命曾經(jīng)存在過的跡象。它由放射性衰變的钚提供能源，而不是通過太陽能，它將每天24小時(shí)不間斷地工作，并在火星上度過冬天。
“這將是人類邁出的巨大一步”，紐約州康奈爾大學(xué)的史蒂夫·斯奎爾斯評(píng)價(jià)說。斯奎爾斯是參與2004年登陸火星不同地點(diǎn)的火星探測器“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)任務(wù)的首席科學(xué)家。
在何處著陸經(jīng)多年斟酌
“好奇”號(hào)的安全降落是必須慎重考慮的事情?！霸诨鹦巧现懯呛苡酗L(fēng)險(xiǎn)的事情，”斯奎爾斯說道?！坝職狻碧?hào)和“機(jī)遇”號(hào)都是被裹在安全氣囊中以彈跳方式降落火星表面的，但以“好奇”號(hào)5倍的重量很容易穿破安全氣囊，“安全氣囊技術(shù)已達(dá)到我們能夠做到的極限，”斯奎爾斯說道，“空中吊車系統(tǒng)是解決這一問題的一個(gè)很好的方案。”
這一超龐大的火星探測任務(wù)，也被稱為“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，并非一直是一帆風(fēng)順的。一些工程問題上的困難，包括被稱為執(zhí)行器齒輪的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)問題等，迫使“好奇”號(hào)發(fā)射任務(wù)延遲兩年，并在本已極為龐大的預(yù)算上又增加了數(shù)百萬美元?！斑@一直是一種嘗試，”羅得島布朗大學(xué)的杰克·馬斯塔德坦承，“但是如果NASA這次能夠成功，就能證明人類擁有了可承受更大質(zhì)量的著陸系統(tǒng)，這對(duì)于下一階段火星登陸任務(wù)非常重要，即將火星上采集的樣本帶回地球?！?
在“空中吊車”放下火星車之前，通過拋棄一些負(fù)重量，使探測器稍作傾斜，以賦予它更大的空氣動(dòng)力學(xué)控制能力，使得目標(biāo)降落點(diǎn)控制在長度僅為20公里的橢圓形內(nèi)——只有“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)的七分之一。此次項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、加利福尼亞理工學(xué)院的約翰·格羅青格指出，因?yàn)橹扅c(diǎn)越大，就更有可能遇到陡峭的山坡或巨石等不適合冒險(xiǎn)降落的危險(xiǎn)地形，“在火星探測史上第一次，我們未因受到工程技術(shù)的約束而在著陸點(diǎn)選擇上產(chǎn)生真正的爭議?！彼f。
經(jīng)過多年的慎重考慮，最后決定將著陸點(diǎn)定在火星赤道附近150公里寬的蓋爾環(huán)形山（又稱為蓋爾隕石坑）處。印第安納州圣母大學(xué)的拉爾夫·米利肯說道，“這是火星地表的一個(gè)深坑?！比绱司薮蟮纳羁咏Y(jié)構(gòu)是如何形成的？地質(zhì)學(xué)家們意見不一，但他們都認(rèn)為，在深坑形成的過程中，肯定有某種形式的水的參與。這是因?yàn)樯侥_下的巖石是由粘土層和硫酸鹽層形成的，這兩者都離不開水，目前已經(jīng)確定這些巖石的形成在大約35億年前。
“如果火星上有湖，蓋爾環(huán)形山就有這個(gè)可能，”美國宇航局莫菲特場埃姆斯研究中心的戴維·布萊克說道，雨水、雪水或上升的地下水有可能在坑中匯聚起來，水分蒸發(fā)以后，粘土和硫酸鹽則可能留了下來。
美國宇航局的“好奇”號(hào)將超越之前在火星上“尋找水的蹤跡”的目標(biāo)，在美國宇航局的偵察軌道器和“火星快車”探測器發(fā)回了火星在過去甚至現(xiàn)在有水的證據(jù)的照片之后，沒有人再懷疑在這個(gè)紅色星球上曾經(jīng)有過液態(tài)的水。“我們知道在火星歷史上的某個(gè)時(shí)期，曾存在有大量的水。”米利肯補(bǔ)充道。
在蓋爾環(huán)形山尋找有機(jī)分子
“好奇”號(hào)將能夠比以往任何一次火星探測任務(wù)提供更多關(guān)于火星之謎的答案?！坝職狻碧?hào)和“機(jī)遇”號(hào)只能通過測量巖石的光譜，來檢測巖石中的某些特定元素，比如鐵?！昂闷妗碧?hào)也會(huì)對(duì)火星巖石的元素化學(xué)成份進(jìn)行檢測，但卻會(huì)以更先進(jìn)的方法：在空中7米的高度，用激光轟擊巖石，然后對(duì)巖石電離化后產(chǎn)生的蒸汽光譜進(jìn)行研究。如果發(fā)現(xiàn)重要的礦物元素，它會(huì)用機(jī)械臂上的鉆頭收集深達(dá)5厘米處的巖石樣本。
接下來，它會(huì)執(zhí)行一個(gè)之前只在地球上才能完成的壯舉：在巖石樣本中確定具體的礦物質(zhì)，如鐵硫酸或硫酸鎂。被研成粉狀的巖石將被放入一個(gè)稱為“舍曼”的儀器中，儀器將對(duì)巖石粉末拍攝X射線，并研究其產(chǎn)生的衍射圖。就像人的指紋一樣，地球上約7000種左右的礦物中，每一種都有一個(gè)獨(dú)特的X射線衍射圖的“簽名”?！吧崧鼤?huì)告訴我們，火星上存在的所有礦物種類，以及每種礦物的儲(chǔ)量，”首席科學(xué)家布萊克說道。他說，對(duì)火星上各種礦物的分析，可提供這些礦物形成過程中火星環(huán)境中溫度、壓力、酸度等的許多重大線索。
所以舍曼可揭示蓋爾環(huán)形山是否是適合生命存在的地方。但是真的能在這里找到生命存在的蹤跡嗎？明確檢測生命存在的跡象將是一項(xiàng)困難重重的任務(wù)。所以，“好奇”號(hào)將通過尋找有機(jī)分子，盡最大可能尋找這一問題的答案。復(fù)雜的含碳分子不一定就是生命存在的信號(hào)，例如，它們也漂浮在星際空間的惡劣環(huán)境中，但正如我們所知道的，它們是構(gòu)成生命的基石?！昂闷妗碧?hào)火星車上所載的各種儀器能夠檢測到只有十億分之四十濃度的有機(jī)分子?！八⒉皇且粋€(gè)直接的生命跡象，”格羅青格說道，“但如果它確實(shí)存在過，我們就有可能發(fā)現(xiàn)留存下來的有機(jī)化合物?！?
但要找到它們并非易事，就像其他幾次火星探測任務(wù)所表明的那樣。有機(jī)分子有可能隨著隕石降落火星，但無論是美國宇航局1976年的“海盜”號(hào)探測器，還是其2008年的“鳳凰”號(hào)探測器，都沒有發(fā)現(xiàn)什么。這可能是因?yàn)檫@些有機(jī)分子很容易被摧毀，困在巖石中的遠(yuǎn)古有機(jī)物質(zhì)可能會(huì)被流過巖石的水破壞，有機(jī)分子分裂，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。如果有機(jī)分子被困在地表之下的巖石中，火星地核中的熱量也可能摧毀任何有機(jī)物質(zhì)，如果被困在火星地表上的巖石中，宇宙射線或過氧化氫等氧化物質(zhì)也會(huì)對(duì)分子造成破壞?！霸诨鹦巧蠙z測有機(jī)化合物好比大海撈針?！备窳_青格說道。
“好奇”號(hào)擁有更有利的成功機(jī)會(huì)，部分原因在于它所選擇的著陸地點(diǎn)，在地球上，有機(jī)分子往往被困在細(xì)小的微粒中，所以在蓋爾環(huán)形山附近的粘土層結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)有機(jī)分子的希望很大。
在“好奇”號(hào)登陸后不久，火星車將開始攀爬土堆，在攀爬過程中，它也會(huì)發(fā)現(xiàn)其他與水有關(guān)的特征，有水的地方是生命得以能夠立足的地方，包括曾經(jīng)有過水存在的溝渠等?！拔覀兿胍芯刻綔y的不只是一種，而是多種有可能適合人類居住的環(huán)境，”格羅青格說道。
尋找到任何類型的有機(jī)分子都將是一個(gè)巨大的成功?！昂闷妗碧?hào)火星車上的儀器有希望發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于生命存在的跡象，例如一種名為SAM的工具包，可在火星上對(duì)樣本進(jìn)行現(xiàn)場分析。研究人員最感興趣的是，SAM可以測量同位素碳12和碳13的相對(duì)豐度，由此推斷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傾向于較輕的同位素，所以“如果測量到更多的輕碳，這至少與生物學(xué)上的假設(shè)相一致，”格羅青格說道，然而他還是告誡道，火星上的天然同位素豐度可能比地球上有所不同，這將使分析工作變得更為復(fù)雜。
此外，SAM將探測有機(jī)分子的手性，以尋找是否有來自生命存在的線索。許多分子都有“左手”與“右手”的不同形式，在非生物過程中，這兩種形式分子的數(shù)量是相等的?！暗谟猩嬖诘那闆r下，這兩種分子的比例就會(huì)不同，”法國巴黎皮埃爾和瑪麗·居里大學(xué)的米歇爾·卡巴尼說道，“如果左右分子的數(shù)量不等，我們就可以開始推測有生物源的存在?！?
如果火星上蓋爾環(huán)形山有任何微生物生命存在的話，那么2012年8月將不同于以往任何時(shí)候，來自另一個(gè)星球的“飛碟”——6個(gè)輪子的以钚為動(dòng)力的怪獸——“好奇”號(hào)將打破它們寧靜的生活。
NASA不希望令人感到失望
一些狂熱的火星迷們也許會(huì)問，那么為什么不派遣機(jī)器人直接在火星上尋找“小綠人”之類的外星人呢？
1976年，美國宇航局的“海盜”號(hào)系列探測器在1976年正是這么做的，它們?cè)诨鹦峭寥罉颖局辛粝铝藸I養(yǎng)豐富的“套餐”，以吸引有可能生活在火星上的微生物，“營養(yǎng)套餐”中含有放射性碳，如果“食物”被消化，樣本中的輻射監(jiān)測儀就將檢測到所產(chǎn)生的氣體。
但最后卻沒有發(fā)現(xiàn)土壤中有機(jī)物存在的證據(jù)，沒有發(fā)現(xiàn)有外星生命存在的跡象。印第安納州圣母大學(xué)的拉爾夫·米利肯說道，“他們希望找到生命的跡象，但反饋的結(jié)果基本上都是否定的，火星上沒有我們所了解的生命形式?！币虼?，之后美國在20年里沒有再實(shí)施下一次火星任務(wù)。
25億美元打造的“好奇”號(hào)火星車將尋找與生命存在有關(guān)的有機(jī)分子和同位素，但美國宇航局仍然回避“生命”一詞。“美國宇航局不能對(duì)納稅人說，他們花了25億至30億美元在火星上尋找生命，然后說，'我們沒有發(fā)現(xiàn)生命，謝謝，拜拜’。”米歇爾·卡巴尼說道。
“如果發(fā)布消息說，你正在尋找生命，即使它對(duì)于我們?cè)S多人來說都是非常重要的，但結(jié)果卻是一無所獲或模棱兩可的回答，人們會(huì)感到失望，”美國宇航局的火星顧問團(tuán)前任主席、羅得島布朗大學(xué)的杰克·馬斯塔德說道。
馬斯塔德指出，“好奇”號(hào)和其他火星登陸任務(wù)都只能在有限的時(shí)間內(nèi)探索有限的區(qū)域，“好奇”號(hào)的降落點(diǎn)有可能曾經(jīng)是一個(gè)湖泊，但科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了其他可能有生命存在的地方，例如地表下面的熱液泉?！盎鹦菤v史的最初十億年里經(jīng)歷了環(huán)境的巨大變化，”加州理工學(xué)院的伯達(dá)尼·艾曼說道，“我們知道火星環(huán)境是多樣性的，所以很難說，我們找到的證據(jù)就能證明'火星上沒有生命’?！?
人類對(duì)火星的探測已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，經(jīng)歷了近距離掠過火星、繞火星運(yùn)行、火星軟著陸、火星表面漫游4個(gè)階段。
美國的“探路者”號(hào)、“勇氣”號(hào)、“機(jī)遇”號(hào)和“好奇”號(hào)，是成功實(shí)現(xiàn)在火星表面進(jìn)行移動(dòng)考察的火星探測器。
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