在火星上的一年:美国宇航局的毅力号如何赢得地质大奖

自登陆火星一号年前在美国，美国宇航局的毅力号探测器已经在岩石地形上行驶了3公里多，记录了地球上的第一次飞行并收集了6个珍贵的岩石样本——如果一切顺利的话——有一天将与更多的岩石样本一起返回地球进行研究。

毅力降落在杰泽罗陨石坑2021年2月18日，火星赤道以北我们的目标是寻找过去的迹象生活．研究人员打算花费27亿美元在一个古老的三角洲寻找这些迹象，那里曾经有一条河流流入陨石坑，沉积了沉积物和岩石，这是一个可能支持生命的环境。但火星车还没到达。

相反，毅力号花了一年时间在陨石坑底部滚动，有了许多惊人的发现——其中之一是杰泽罗的底部是由火成岩组成的。它们形成于数十亿年前熔岩冷却凝固的过程中。一些研究人员曾认为，陨石坑的底部应该是由沉积岩构成的，是随着时间的推移，风或水沉积沉积层而形成的。但漫游者发现了这一景观的不同历史。

火成岩很重要，因为科学家可以通过分析其中元素的放射性衰变来确定岩石的年龄。如果毅力号的样本返回地球，研究人员将能够首次确定火星表面特定位置的岩石的年代。

在火星车着陆之前，执行任务的科学家们并不知道他们会撞上一个火成岩头彩。加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室的该任务副项目科学家凯蒂·斯塔克·摩根说:“杰泽罗交付了任务。”

火热的过去

今年8月，当探测器开始准备钻探第一个样本时，科学家们发现杰泽罗的地面并不是他们预期的那样。在探索该地区的地质情况时，毅力号磨碎了一块火星岩石，露出了新的表面。它看起来像地球上的火成岩，上面有盐边的洞——这些洞可能是水流经岩石时形成的。这意味着火星车看到的是一块与水相互作用的古老火山岩，这表明火星上存在着从未见过的适宜生命生存的环境。“对于这次任务来说，那是一个伟大的时刻，”斯塔克·摩根说。“这些地方是寻找古代岩石生命迹象的理想之地。”

但当毅力号试图钻取岩心时，材料碎了，滑出了取样装置．由于取样过程是自动化的，探测器最终得到了一个空的但密封的管子，任务科学家试图给它贴上积极的标签，把它标记为火星大气的样本。

“你真的不能给火星一个愿望清单，”位于剑桥的麻省理工学院的地球生物学家Tanja Bosak说。“火星给你它想给你的。”

一个月后，毅力成功了钻出第一对岩心这是一种类似的火成岩，被水改变了(见“取样火星”)。这种岩层被称为Maaz，覆盖了耶泽罗的大部分地面。

然后，火星车向南和向西行驶，绕过一个名为Seitah的沙丘地区，并收集了另外两对样本。(它收集样本对是为了增加其中一个样本返回地球的可能性。)科学家们曾认为Seitah的岩石是沉积岩，因为从视觉上看，它们似乎是由不同的层组成的。但当“毅力”号在Seitah的一些岩石上打磨时，另一个惊喜出现了。它们也是火成岩的。

火星直升机掀起了“酷”的尘埃云——以及意想不到的科学

通过使用各种仪器分析岩石的化学成分，毅力号发现了一种被称为橄榄石的矿物的块状颗粒包裹在另一种被称为辉石的矿物中。这些矿物一般存在于地球上的火成岩或火山地区。斯塔克·摩根说，这是强有力的证据，表明Seitah岩石是在大量熔融岩石冷却后形成的。首先形成橄榄石晶体，沉入冷却岩浆的底部，然后在它们周围形成辉石——形成层状岩石，看起来像是沉积岩。

Seitah岩石，像Maaz岩石一样，也显示出过去与水相互作用的迹象。正如帕萨迪纳加州理工学院的地质学家Eva Scheller在12月的美国地球物理联合会会议上所报告的那样，它们甚至可能含有有机分子，可能是通过非生物过程产生的，就像在一些火星陨石中看到的那样。

压力

“毅力”号总共将收集至少30个岩石、泥土和大气样本。它将把它们放在一个或多个地方，供未来的任务检索，这可能是第一个从火星返回的样本。将岩心带回地球将是一个复杂的过程，需要另一辆火星车将其拾取，一枚火箭将其发射到火星轨道，一艘宇宙飞船将其捕获并飞回地球;这不会早于2031年。NASA和欧洲航天局(European Space Agency)正在就该计划进行合作，NASA本月宣布，已经选择了一家承包商来建造将样本送入火星轨道的火箭。

位于坦佩的亚利桑那州立大学的行星科学家、美国宇航局火星样本返回计划的首席科学家Meenakshi Wadhwa说:“我们终于迈出了收集并有望从火星带回样本的第一步，这让我超级兴奋。”“我们已经有了一些非常好的样本来评估是否存在古代生命的问题。”

火星视频显示毅力号火星探测器大胆着陆

尽管火星车到目前为止取得了成功，但它到达期待已久的三角洲的压力越来越大。毅力正在以最快的速度实现它的目标;本月早些时候，它创造了在火星上长途驾驶的记录，一天行驶了240多米。即便如此，它可能要到4月份才会到达三角洲。

时间是至关重要的，因为毅力号只剩下大约一个地球年的时间来完成它的主要任务清单:到达三角洲，在那里收集样本，然后开车到火山口边缘，把它们放在某个地方，以便提取。火星车目前正在返回着陆点:它将在途中从马兹收集另一对岩心，然后绕过沙丘地区到达三角洲。毅力号的工作速度比美国宇航局之前的火星探测器“好奇号”快得多，“好奇号”自2012年着陆以来一直在探索盖尔陨石坑。“我们必须继续前进，”博萨克说。

除了最初采集岩心失败之外，尽管大部分工作都很顺利，但也出现了一些小故障。去年12月，在一次取芯过程中，一些鹅卵石掉了出来，卡住了探测器采样设备的一些机构。工程师们最终让“毅力”公司把鹅卵石摇松，解决了这个问题。最近几周，马德里天体生物学中心的探测器气象仪器首席研究员José Antonio Rodríguez Manfredi说，令人惊讶的强风把灰尘和小卵石吹进了探测器的几个风传感器，损坏了它们。

毅力号的助手，名为匠心的小型直升机，继续忙碌着。研究人员计划该飞行器在30天内飞行5次。但到目前为止，它已经飞行了19次，飞行了3.8公里以上。目前，它被放置在火星车的前面，如果它能继续生存下去，它将被用来侦察火星车到达杰泽罗三角洲收集更多岩心时可能采取的路线。

“三角洲样本将是壮观的，”博萨克说。“我等不及了。我真的等不及了。”