联合发射联盟公司的AtlasV火箭将美国宇航局的毅力号火星车发射升空。图源：MICHAELSEELEY
撰文：NADIADRAKE北京时间7月30日19:50，美国宇航局的毅力号火星车从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射。毅力号搭乘AtlasV火箭升空，踏上了为期7个月的行星际飞行。该火星车的目的地是：耶泽洛陨石坑（JezeroCrater）。该区域以前是一个陨石坑湖泊，还是一个以前的河流三角洲。毅力号火星车将在那里寻找过去火星生命存在的迹象。 随着这台价值24亿美元的最新型火星车踏上征程，美国宇航局将着手回答一个自从天文学家用望远镜看到红色行星那一刻就一直萦绕至今的问题：在我们地球身旁的这颗行星上，现在或曾经有没有生命？ 美国宇航局喷气推进实验室的副项目科学家KenWilliford说：“我们的策略是深挖历史，深挖到火星与地球更为相似的时期。研究火星及其远古环境，关于我们在宇宙中的位置，我们能了解到什么?我们孤单吗？我们一直都很孤单吗？”
美国加利福尼亚州，美国宇航局喷气推进实验室的一间无尘室里，工程师们在观察毅力号火星车的首次试航。图源：NASA/JPL-CALTECH
但是，探索耶泽洛陨石坑绝非易事。毅力号面临的首个考验就是极为危险的、为时7分钟的降落。这次降落预定在年2月18日进行。降落过程中，隔热罩、降落伞、全新导航系统、悬停的空中起重机将协同工作，把火星车降到耶泽洛陨石坑的地面上，而且全程无法接收到来自地球控制中心的指令。降落之后，毅力号将部署一个小型的、轻如羽翼的直升机“Ingenuity（机智号）”。在任务开始的前几周内，机智号无人机将会证明人类是否能够在火星稀薄的空气中进行动力飞行。 Ingenuity项目主管MiMiAung说：“在火星上飞行的载具必须非常轻，而且要转得非常快才行。”合成材料、微电子等技术近年来才发展得足够先进，能够满足这次尝试所需。 在释放机智号之后，毅力号火星车将着眼于它的主要目标：在陨石坑盆地里散布的岩石和沉积物里寻找古老生命存在的迹象。如今的耶泽洛可能十分寒冷，不适宜居住，但是，科学家知道，在火星的历史上，该地区的环境一度非常温暖，水分充足，因为当年液体形成的地貌一直存在至今。火星车上搭载了一套复杂的仪器，将仔细检查陨石坑岩石里是否存在生物迹象；另外一套工具将收集、存储样本，以待约10年后的另外一辆火星车前来将其收集后带回地球。 乔治城大学研究远古生命生物标志物的行星科学家SarahStewartJohnson说：“我们的目的是将真正精挑细选的样品带回地球，即便样品很小，也将真正改变我们事业进行的方式。一旦我们获得这些样品，我们将永远拥有它们。”她指的是可以让未来的科学家们利用现今尚不存在的工具对样品进行分析。 毅力号是美国宇航局第一辆目标明确为寻找生命的火星车。如果一切按计划进行，这辆核动力的六轮火星车将会让地球上的科学家们确定火星是否曾经拥有自己的生态系统，或者确定火星上显然没有生命的迹象。外星荒漠中的经验 毅力号（Perseverance）这一名称来自北弗吉尼亚州七年级的学生AlexMather。他认为这个名字抓住了探索极端外星环境的本质。如今，在彻底弄清火星上是否普遍存在生命这一尖端领域，毅力号这一名称可谓再合适不过。几十年来，科学家们一直在搜寻外形生命形式，但是天体生物学直至最近才成为主流科学。如今，该领域正蓬勃发展。毅力号正飞往火星，未来还有几项探测任务将瞄准外太阳系几颗冰冻卫星，探寻如今是否有生命在繁荣发展，地球上的许多实验室也在聚焦我们地球生命的起源。
如这张美国宇航局火星勘测轨道飞行器拍摄的图像所示，毅力号火星车将降落在耶泽洛陨石坑。在远古的火星上，水流蚀刻出水槽，并搬运沉积物形成了河流三角洲和湖泊盆地。科学家认为，如果生命曾在这些环境中存在过，毅力号火星车将在这些岩石中找到踪迹。图源：NASA/JPL-CALTECH/ASU
虽然毅力号团队认为火星车很可能发现关于火星生命令人好奇的证据，或者决定性的证据。喷气推进实验室“火星”（即毅力号）副项目科学家KatieStackMorgan称，结果将会令人十分期待。 她说：“我很乐观地认为，当那些样品返回地球后，我们将发现关于远古生命的有力证据。它应该在那儿，而如果它不在，那么，就说明生命在另一颗行星上存在的条件非常有意思。”毅力号入列 本月，有三个航天器飞往火星。7月19日，阿联酋发射了希望号轨道器，7月23日，中国的天问一号升空。 这个深空探索舰队陆续出发的原因在于，每隔26个月，火星、地球、太阳的巧妙排列，使得从地球到火星所需的燃料最少。假如疫情或其他原因导致今年的火星发射延迟，那么，这些航天器只能储藏起来，再等两年多的时间。 毅力号是美国宇航局好奇号火星车升级后更重的版本。后者于年在火星的盖尔陨石坑着陆，此后一直在研究远古的陨石坑环境。 毅力号重约1吨，肚子里装着多米的电线，搭载有7台科学仪器、43个样本采集管、第一个飞往火星的麦克风，还有二十来个相机。还有几个人类的标志物也将一同踏上征途，其中包括一块牌匾，纪念在当前疫情中付出努力的医护人员，以及以摩尔斯电码编译的万个向美国宇航局申请免费“船票”的地球人的姓名。 当毅力号以千米的时速进入火星大气层，展开降落伞，然后打开隔热板之后，它将第一次睁眼看见火星。当它倾斜着朝地面走去时，它将激活一个相机系统，自动避开着陆地点的障碍，比如岩石、陡坡或可能毁掉整个任务的沙坑。 此次任务的首席引导、航行及控制系统工程师、喷气推进实验室的SwatiMohan说：“这是第一个着陆时睁开眼观察的任务。我们基本上是给火星车多装了一个大脑来做这个事。” 据Mohan介绍，10到15秒内，毅力号将在详细的内存地图的指引下，疯狂地拍摄它所经过的地形。之后，系统将自动将火星车的视野与已建立的危险作对比，并指引毅力号在宽约9.6公里的着陆范围内找到安全地点。 Mohan说：“这个地区比我们近期降落的地点都要危险。但是，毅力号安全着陆的概率超过99%。”一旦尘埃落定，毅力号将开始探索这个地外行星上干涸的湖泊。耶泽洛陨石坑 毅力号此次的着陆地点耶泽洛陨石坑早在年就已对外公布。这个直径约48千米的陨石坑里有一个巨大的支流三角洲。在远古时代，河水流淌进古老的陨石坑湖泊，将沉积物留在河床上，形成了三角洲，而这些沉积物恰恰可能包含活着的有机物。 毅力号科学团队成员、麻省理工学院的TanjaBosak在与记者们连线时提到：“三角洲非常适合保存有机物质和其他类型的生物标志物。” 远古的火星与我们今日看到的火星完全不同。火星车与轨道器发现的大量数据，包括详细的地形地图、矿物调查及其他研究表明，在最初的10亿年里，火星包裹着厚厚的大气层，起码周期性地温热、湿润，可以说与邻居地球并无二致。 事实上，直到约35亿年前，火星地表仍积存着大量湖泊，流淌着许多河流。如今，我们只能看到河流冲蚀峡谷的遗存、水流打磨的鹅卵石、在水中形成的矿物，以及盆地和三角洲中沉积的一堆堆沉积物。 耶泽洛（Jezero）在塞尔维亚语中意为“湖泊”，以波黑的一个城镇命名。这个陨石坑已有约38亿年历史，水深曾达到米。陨石坑边沿的岩石已有将近40亿年历史，是该地区最古老的，而盆地当中的岩石大约“年轻”5亿年。通过研究这个如此巨大的时间鸿沟当中的岩石记录，科学家可能会发现火星行星气候的重大变迁。研究干涸的湖泊，还将为确定火星其他区域的年代提供新的工具，毕竟，目前判定其他区域的年代的依据主要是基于周围陨石坑的数量。寻找死亡的“火星人” 毅力号项目科学家KenWilliford称，（即便是远程研究），火星车也很有可能发现一些“让我们五体投地”的岩石。 在耶泽洛陨石坑，蒙脱石中可能包含复杂有机化合物的记录，而碳酸盐沉积物在盆地中分布广泛。在地球上，正是碳酸盐沉积物保存了最古老的生命遗迹。科学家认为，如果湖泊的化学性质适当，这些碳酸盐的结构可能与叠层石类似。在地球上，叠层石由一层层的微生物与泥巴状的有机物质层叠而成，记录着地球上早达35亿年前的生命证据。 不过，即便在地球上，也很难确定一块化石中是否包含微生物活动的痕迹。 StewartJohnson说：“当我们把时间追溯到耶泽洛陨石坑岩石记录的年代，关于什么有资格被称作生命，我们仍然存在大量争论。” 毅力号将在火星沉积物中古老的地层中，用高分辨率相机和两台近距离分析岩石的仪器，仔细寻找以前的“居民”生活过的蛛丝马迹。毅力号机械臂上安装的PIXL和SHERLOC两台仪器将会详细记录元素、矿物和有机物在火星岩石中的分布信息。 Williford说：“生命往往是成团成块存在的。”地球上的叠层石中，富含有机物的一层层与有机物稀少的一层层交叠着，因此，如果在火星上找到类似的模式，将会是生命存在的有力证据。 不过，这次任务确证生命存在的最佳机会，还要等到未来把那些岩石样品带回地球。毅力号将会把43个样本采集管每个都装满约15克岩芯，等待未来的火星车取回。美国宇航局与欧洲航天局联合，计划在年发射航天器，并在不早于年返回地球。 “我们实验室中有许多强大的技术，即使从一粒沙子也可以破译大量关于远古环境的信息。”Williford说道。 当回到地球后，科学家将分析这些样品的许多生物标志物，比如分子复杂度、碳同位素比例和新陈代谢副产物等。 “火星曾经宜居，但是关于生命是否曾经占据那里仍有巨大疑问，而如果生命确实存在过，那么，它们现在在哪？”StewartJohnson说，“我们终于将开始真正地寻找生命标志物或生命的踪迹了。”为人类铺平道路 虽然毅力号火星车的主要目的之一是寻找生命，但它所搭载的新技术还有利于人类在寒冷的、近乎没有空气的火星环境中航行与生存。其中一台仪器名为MOXIE，能把有害的二氧化碳转化成氧气，而氧气在任何宜居的环境中都必不可少。 StackMorgan说：“一旦规模上去，这种生产氧气的能力可以支撑火星上的中转机构，并可用于制造火箭燃料及推进剂，使宇航员从火星返回地球。” 另一个先例是机智号。这架重约1.8千克的直升机依偎在火星车的肚子里。这个小飞机可以在火星稀薄的空气中起飞，并将成为第一架在另一颗行星上进行动力飞行的飞行器，为太空探索加入“航空维度”。 这架直升机上一对碳纤维材料的、反向旋转的螺旋桨宽约1.2米，每分钟转，转速比地球上任何一架直升机都快。机智号直升机搭载有几台相机，能在火星车任务的前30天内进行自主飞行。 任务团队目前正在研究直升机飞行计划的细节，并计划让它第一次先执行20秒的短暂试飞。如果这次试飞顺利，将再进行4次更复杂的飞行。这几次试飞将验证未来的火星航空器能否进行航行、侦查、采集样品。 Aung说：“焦点在于获取航行的数据。我们该如何从地球上远程操作一架航天器？整件事都是一次学习经历。”关于火星，人类一直都需要从遥远的地方了解它。但是，当直升机、火星车和岩石样品逐渐揭开更多秘密，我们最终将理解那颗行星曾经有多宜居，以及我们未来将如何在那里定居。（译者：Mikegao）
