在火星上寻找生命:美国宇航局最新任务的视觉指南

大约39亿年前，一块任性的岩石撞向火星，在火星表面打出了一个45公里宽的洞。2月18日，美国宇航局计划将最新的探测器降落在这个名为杰泽罗陨石坑的坑内。

我们的目标是探索火星上曾经温暖潮湿，甚至可能适合居住的区域。散落在陨石坑各处的地质构造暗示着它过去的水，包括一个湖泊和一个河流三角洲的遗迹。研究这些岩石的组成——在一个以前没有宇宙飞船去过的地区——将给美国宇航局提供迄今为止最好的机会来回答火星上是否存在生命这个古老的问题。

“杰泽罗非常特别，”印第安纳州西拉斐特普渡大学的行星科学家布里奥尼·霍根(Briony Horgan)说，她是该任务科学团队的成员。

美国宇航局名为“毅力”的六轮探测车将以机器人地质学家的身份探索耶泽罗——检查露头的岩石，然后将泥土和岩石舀进储存在它腹部的管道旋转木马中。如果一切顺利，在火星表面的第一个火星年(不到地球上的两年)结束时，火星车将行驶超过15公里。它将收集一组珍贵的样本，并将它们扔到火星地面上，未来的航天器可能有一天会在那里取回它们——这是将火星岩石带回地球的第一次尝试。

目的地:Jezero

本月还有两项任务到达火星。阿拉伯联合酋长国的希望号宇宙飞船开始绕地球运行二月九日一天之后中国的“天文一号”任务，这是两国的首次尝试。但毅力号的目标是成为自2012年以来第一个登陆火星的探测器，当时美国宇航局的好奇号宇宙飞船抵达了盖尔陨石坑，这是一个距离杰泽罗约3700公里的干涸湖床。(“天文一号”计划最早于5月发射一辆月球车着陆，“希望号”将继续绕轨道运行。)迄今为止，只有8艘宇宙飞船在这颗红色星球的表面成功运行(见“着陆”)。

信贷:美国地质调查局的太空地质学

科学家们对毅力号感到兴奋，因为它可以回答关于火星过去的问题，而这些问题他们只是猜测。耶泽罗古老而破碎的地貌将是这颗红色星球上被探索过的最古老的地形。“这个地区是火星上非常古老的一部分，”加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室的行星地质学家、毅力科学团队成员薇薇安·孙(Vivian Sun)说。“这很重要，因为我们认为最古老的时期是火星最适宜居住的时期。”

信贷:ESA /经销商/ FU-Berlin

大约在41亿年前到37亿年前，火山向火星大气层喷射气体，使大气层变厚，吸收热量，形成云层，下雨。流动的水雕刻出山谷，填满湖泊——科学家们今天在地表上看到了这些证据。然而，最终，火星变得更冷、更干燥、更不适宜居住。

环绕地球运行的宇宙飞船拍摄的图像显示，在这段时间形成的一条河流流经并覆盖了杰泽罗陨石坑的西部边缘。这条河一定携带了从遥远的上游冲刷而来的微小沉积物颗粒。当它进入陨石坑时，它把这些沉积物丢进了那里的湖泊，形成了一个向东呈扇形分布的三角洲。在三角洲和湖泊内部及周围，微生物生长的条件已经成熟。后来，湖水流干，留下了这个地层，现在变成了岩石。

开采三角洲

毅力号前往耶泽罗探索这个古老的三角洲。其中一个目标是在三角洲的岩石中寻找有机物，这可能表明微生物或其他生命形式是否曾经在该地区蓬勃发展。在地球上，密西西比河这样的三角洲蕴含着大量的有机物质、腐烂的植物残余物以及来自更远上游的其他物质。“毅力”号科学团队成员、诺克斯维尔田纳西大学的地质学家琳达·卡说，如果杰泽罗三角洲存在这种类型的有机物质，探测器可以通过滚动地层和钻探来找到它。

图片来源:NASA/ jpl -加州理工学院/MSSS/JHU-APL/布朗大学

另一个寻找火星上过去生命迹象的地方是沿着古老的湖岸。特别是，毅力号将研究沿着三角洲平行于陨石坑边缘的岩石弧线。早期轨道飞行器的观测表明，这些岩石可能是由碳酸盐矿物组成的，这种矿物在火星上相对罕见，但在地球上很常见。碳酸盐岩，包括石灰岩，通常与珊瑚礁等活生物体有关，也与化石有关，这些化石保存了过去的生物体，如微生物。“碳酸盐岩让像我这样的地球生物学家兴奋不已，”Kah说。

前进的道路

一旦着陆，毅力号最大的挑战将是快速有效地探索所有这些目标区域并收集样本。NASA只分配给毅力号在火星上的一年(相当于地球上的近两年)来执行最初的任务。

因此，该团队的科学家们一直在制定火星车着陆后可能会走的路线。“这在很大程度上取决于我们在8公里宽的目标区域着陆的位置，”Kah说。

来源:美国国家航空航天局/姓名/美国地质调查局

在一种情况下，毅力号将降落在火山口底部，就在三角洲悬崖的前面。科学家们还不完全确定陨石坑的底部是由什么组成的，但岩石看起来又黑又光滑，可能是火山流。如果是这样，采集样本将是科学家们执行任务的首要任务:当样本最终返回地球时，研究人员将能够分析它，并获得造成它的火山爆发的精确日期，这将有助于他们了解耶泽罗地质事件的时间。

从陨石坑底部，漫游者可以向上行驶并进入三角洲，获取富含粘土的样本和其他岩石。然后，它可能会驶向可能富含碳酸盐的岩石，在这些岩石上钻探，然后行驶到耶泽罗的边缘。

如果月球车走这条路线，它将行驶超过15公里，收集至少15 - 20管不同类型的岩石。

岩石收集器

为了获取岩石和土壤样本，毅力号将在其机械臂上使用钻头(见“探索工具”)。它将收集最重要的样本的副本，用相同的岩石填充两个管子。当漫游者到达杰泽罗陨石坑边缘时，它将把其中一组管子放在地面上，另一组则藏在它的腹部。这是为了确保有初步收集的火星样本可供未来的任务轻松拾取并返回地球。

如果火星车在第一个火星年之后仍然健康，它将从陨石坑边缘前往周围的平原，被称为Nili Planum。这段旅程将探索迄今为止最古老的地形，包括近40亿年前另一颗巨大的小行星撞击火星时从火星深处撞击出来的巨大杂乱的岩石块。这些岩石可能不仅来自火星地壳，还来自火星更深的一层，即地幔——科学家们以前从未直接观测过。“它们只是坐在那里，也许已经有30多亿年了，等着我们去观察它们，”霍根说。

来源:美国国家航空航天局/姓名

根据过去的观察，在尼利平原上还有古代热液系统的遗迹，热水曾经在那里渗透过火星地壳。在地球上，像怀俄明州黄石国家公园这样的地方，这些热液区充满了微生物生态系统。在火星上可能也是如此。因此，Nili Planum提供了一种与Jezero陨石坑完全不同的潜在宜居环境。

如果在这次“扩展任务”中一切进展顺利，“毅力”号将钻探和收集样本，直到用完管子为止。其中一组被扔在杰泽罗陨石坑的边缘，其余的管子将被放置在尼利平原的某个地方，等待取回。

毅力号在火星期间还将执行其他任务，包括测试第一架降落在另一个星球上的直升机，以寻找穿越火星最安全的路径，并试验从火星大气中提取氧气的方法，为未来的人类探险家提供资源。但它的首要任务是收集这些样本，以便最终返回地球。

欧洲航天局(European Space Agency)和美国国家航空航天局(NASA)正在制定回收样本所需的两项任务的计划。他们将在不早于2026年发射，向杰泽罗陨石坑或尼利平原发射一辆漫游者，以取回毅力号铺设的样管管，并发射一辆绕火星飞行的轨道飞行器。火星车将把这些管子放在火箭上，并将它们发射到火星轨道上，轨道飞行器将在不早于2031年的时候抓住它们，将它们飞回地球。

坚持不懈是漫长过程中的第一步——科学家们已经期待了几十年。“毅力号将是第一个寻找悬而未决问题答案的漫游者，我们无法用其他漫游者解决这些问题——火星上是否有生命，我们能否找到曾经有生命的证据?孙说。“我非常的兴奋。”