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原作:Mary Voytek,Linda Billings,Aaron L. Gronstal and Leslie Mullen
编译:刘博洋

系列见《天体生物学和火星探索》

七、 勇气与机遇

2003年,NASA发射了另一组获得惊人成功的火星航天器——火星探索巡视器双生子计划(the twin Mars Exploration Rovers)。自从2004年1月登陆之后,勇气号(Spirit)和机遇号(Opportunity)两个火星车创造了许多传奇。它们搭载了岩石研磨器(昵称“老鼠”),这让科学家们得以见到火星暴露在外的坚硬表面下隐藏着什么。

勇气号在机遇号登陆前三周降落在火星的古谢夫环形山(Gusev crater)中的宽广平原上。勇气号发现古谢夫环形山的地质起源主要是由火山活动造成,然而它最终也确发现了过去存在液态水的证据。


[和被天爪很帅气地缓缓降到火星地面的“好奇号”不同,勇气号和机遇号是被裹在气囊里丢下去,翻滚着登陆的…]

在火星的另一侧,机遇号完成了一次“一杆进洞”的精准着陆,它跃过平坦的子午线平原(Meridiani Plains),而直接进入了小小的鹰环形山(Eagle crater)。机遇号传回的首张图像是该环形山的壁,是数亿年前一颗陨石在火星表面砸出来的地层横截面。这样的横截面让火星车能够一眼看穿很久远的地质历史。鹰坑的一些岩石呈奇异的圆球形,被科学家昵称为“蓝莓”。机遇号发现它们是赤铁矿石小球,地质学家认为赤铁矿很可能是在很久之前在富含水的土壤中形成的。

两架火星车都曾经在松软的沙土中度过旅途的艰险时刻。为了避免陷得更深,科学家有时不得不在几周的时间里命令火星车仅仅前进几厘米。但有时充满危险的软土也会给出惊喜。勇气号在经过这样一片区域时,轮子压过的地方翻出了盐——正是地球上温泉与火山岩相互作用所形成的同一种盐。

两架火星车也会遭遇尘暴和小型龙卷风,它们在火星表面逡巡肆虐。所幸这些尘暴并不足以将火星车抛向空中,而恰能拂去太阳能电池板上的积尘,让火星车得以持续运行,正因为如此,它们才得以在远长于最初设计的三个月任务期的时间里持续运行。

机遇号继续在火星表面刷新距离记录,有了很多意料之外的发现。例如它发现了静卧在广阔的子午线平原上的陨石;它看到了纤状的火星云层,让科学家们能够得知从地面上看火星的天气是什么样的。它甚至敢于沿着奋进陨石坑(Endeavor crater)的峭壁向下探索——这是一段危险的旅途,很多人认为没有回头路可走。但是在陨石坑内,有一面由裸露地层截面组成的巨墙,据信可以提供很多关于火星古代气候史的线索。任务团队认为值得冒这个风险。幸运的是,最终机遇号安全的爬出了奋进陨石坑,现在在火星表面继续前行。


[机遇号看到的火星云]

现在,勇气号已经沉寂了一段时间,我们只能寄希望于机遇号继续扛起使命。

八、水!?

2005年8月12日,NASA发射的火星侦查轨道器(Mars Reconnaissance Orbiter, MRO)加入了火星轨道器的网络,MRO装备了强大的仪器,包括一台探地雷达,能看到火星地表以下的情形。MRO的目标包括确定液态水是否曾经在火星表面长时间存在——其他的任务已经收集到了流淌的液态水的证据,但是这样的液态水是否存在了足够长时间以令生命有机会得以演化呢?MRO还可以提供火星地表的遥感图,帮助科学家为勇气号和机遇号选择合适的前进路线。这些图也用于为未来任务选择合适的登陆地点。


[火星侦查轨道器(MRO)]

从没有像此时这样多的探测器同时在火星工作,在轨道上和在地面上都有。这个探测器的网络正让天体生物学家越来越接近解开火星的谜团。

2006年12月,NASA收到了来自火星环球勘探者号(MGS)的最后一个信号——在这艘航天器艰苦工作了整整十年之后。火星环球勘探者号研发和发射阶段的项目经理格兰•卡宁汉姆(Glenn Cunningham)说:“回望十年前的发射,我们还在担心它能不能干满预定任务期。我们完全没想到它居然有长达十年的运行寿命。”喷气动力实验室的火星环球勘探者号项目经理汤姆•索普(Tom Thorpe)则说:“这真是一个杰出的机器,做到了其设计者从没预料到的事情——仅有的失效元件包括一个坏掉的太阳能电池板,一个失效的陀螺仪和一个用废了的反应轮。其建造者和操作人员可以为其伟大的科学发现及其对后续任务的关键支持感到无比骄傲了。”

在火星环球勘探者号寿终正寝之后,NASA开始准备下一个登陆火星表面的旅程。该任务将基于此前失败的火星极地登陆者号任务。

在2007年8月4日,凤凰号火星登陆器(the Phoenix Mars Lander)发射升空。欧洲空间局的火星快车在它落向火星表面的艰险旅程中协助它进行了定位。5月25日,凤凰号成功着陆。2008年,凤凰号称为有史以来第一个探索火星北极地区的着陆器。该着陆器被设计用来搜寻过去和现今的水和其他生命所必需的化学元素的证据。该任务收集的数据将帮助回答一些重要问题,诸如“火星极地能否支持生命?”和“凤凰号登陆点处的水历史是怎样的?”


[凤凰号火星登陆器]

凤凰号降落时反冲火箭气流吹走了松软的土层,土层下一些光滑明亮的物质露了出来,这被认为可能是冰。凤凰号开始用其机械臂挖掘时,它成为第一个接触到地表下水冰冰层的火星探测器。在铲子下,一些明亮的物质团块露了出来,并在4天后消失。这说明他们是水冰。如果是干冰的话,应该更快速地挥发才对。

凤凰号还用其机械臂铲了一些土送入仪器。在一份样品的最初加热周期中,凤凰号携带的热蒸发分析仪(TEGA)探测到了水蒸气。凤凰号还发现了碳酸钙,说明此处偶尔会有融水存在。

当凤凰号探测器的一条支架被摄入影像时,科学家发现似乎上面有随时间增长的水珠——液态水的水珠!这完全出乎意料。如果凤凰号发现了液态水,它将推翻长期存在的理论——原有理论认为在火星稀薄的大气层和极寒的温度下,不会有液态水存在于地表。有些科学家认为凤凰号探测器支架的温度和盐的存在导致了空气中的水蒸气凝结了,但这个问题尚未有确定答案。高氯酸盐与水可以有许多有趣的联系。例如,对冰上覆盖的土层,高氯酸盐可以吸湿从而可以提供生命的庇护所。

凤凰号与地球的通讯在2008年11月随着火星冬季的来临而中断了。次年春天通讯未能恢复。其他轨道探测器拍到的图片显示凤凰号被冰霜覆盖。凤凰号完成了它的使命,勇气号火星车也同样在2009年春天沉于寂静。此刻,勇气号的孪生兄弟机遇号是火星表面唯一活跃的火星车。

九、 迎接好奇号

机遇号不会寂寞太久。2012年,NASA将会重返火星表面,这回登陆火星的将会是一个大号的火星车,它就是为天体生物学特别打造的火星科学实验室(MSL)——第一个送往火星的移动分析实验室。该项目现已通称为好奇号(Curiosity)。


[火星车们所在地,图片来自HTW]

好奇号比它的前辈们——探路者号、勇气和机遇号——都大了不少。它所携带的设备是有史以来发往火星的探测器中最大的和最先进的科学设备,包括:

  • 化学照相机(ChemCam):它能发射一束激光,把小于一毫米的小区域内的物质蒸发。利用激光该仪器能把样品表面的尘埃蒸发掉从而可以分析岩石内部。化学照相机甚至可以远距离分析岩石。
  • 桅杆相机(MastCam):火星地表的彩图和视频。
  • 样品分析仪(SAM):一个大的组件,包括一个光谱仪、气相色谱仪和可调谐激光光谱仪。样品分析仪将搜寻多种碳化合物,诸如甲烷,它们可能与生命有关。
  • 机械臂相机(MAHLI):对矿物的近距离观察,研究岩石、沉积物和灰尘的微观结构。
  • 阿尔法粒子和X射线光谱仪(APXS):测定岩石和土壤的化学组分(加拿大宇航局出资)
  • 着陆成像器(MARDI):在好奇号着陆过程中录制彩色视频,提供这一地区的“宇航员”视角影像,以便科学家决策接下来火星车往哪开。
  • 化学和矿物仪(ChemMin):测定岩石和土壤中的矿物质,在特定条件下形成的矿物质有助于科学家推知火星的历史环境。
  • 动态中子反照率仪(DAN):由俄罗斯联邦宇航局出资,该脉冲中子产生器可以探测冰和矿物质中的水,并且搜寻地表以下两米内的水层和冰。
  • 辐射评估探测器(RAD):通过测量火星表面的高能辐射来为未来人类的火星探测做准备。
  • 降落和着陆仪(MEDLI):该设备将收集好奇号高速进入大气层过程的工程数据,为未来火星任务的工程师提供宝贵的设计数据。该装置位于隔热层之内,在进入大气层过程中可以提供保护。
  • 环境监测站(REMS):西班牙天体生物学中心提供的这个天气监测站由西班牙政府出资建造。

【译者注:好奇号已经于北京时间2012年8月6日13时32分左右成功着陆在火星加勒陨石坑(Gale Crater)。(写这句的时候这帮人正在鬼哭狼嚎…………)】

十、 好奇号之后

好奇号之后,NASA的下一个火星任务将会是MAVEN轨道器,计划2013年发射。MAVEN的全称是The Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN,将会是第一个着力于研究火星高层大气的轨道器。MAVEN将会帮助科学家理解太阳风与火星大气层的相互作用,以及火星大气的损失是如何随时间影响火星的气候的。理解火星是如何损失其大气,也将帮助确定该行星是怎样失去水的——这将成为搜寻其曾存生命迹象的必要线索。

欧空局也将为新的火星任务测试新技术,诸如新的钻孔技术。并且采集样品的工具也正在地球上的测试地点准备着,这些测试地包括极地岛屿和加州遥远的莫诺湖(Mono Lake)。欧空局的ExoMars项目目前包括一个轨道器,一个降落和着陆监视器和两个火星车。第一个ExoMars火星车是由欧空局研发的,第二个叫做Max-C,是由NASA研发的。ExoMars将会为更加复杂的任务设立标杆,科学家们希望最终实现火星样本的返回。

如今,火星仍然是天体生物学最重要的目标之一,火星探索几经沉浮,但也取得了辉煌的成就。

NASA火星探索项目的首席科学家迈克尔•马约(Michael Meyer),说:“考虑到勇气号和机遇号火星车超越其设计年限的超长服役期,要设想好奇号将会服役多久是伤脑筋的事情。它甚至将会服役到在火星上迎接我们的宇航员到达的那一天。”

以其精良复杂的仪器,好奇号将会成为海盗号之后第一个天体生物学任务,并且将会描绘火星现今和远古环境的本质。我们现在相信,火星曾经有过适宜生存的环境,其中一部分可能至今仍然存在。我们的下一个目标是确定火星上到底是否曾经有过生命。好奇号是一个极其强大的火星车,其返回的数据将会塑造未来火星探索的形态。随着好奇号和其他未来任务诸如MAVEN、ExoMars等的开展,2011年和接下来的几年将会真正成为地外生命和天体生物学的激昂年代。

(完)

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4 Responses to “天体生物学和火星探索(下)”

  1. 胡中林说道:

    沙发!
    假如真的有生命,会在哪里?是不是地下的冰?

  2. Illusiwind说道:

    推荐大家到火星去爬奥林匹斯山吧。很刺激的,也不累。

  3. joesonw说道:

    为什么老是以碳基生命的想法先入为主了?不能有硅基生命?.. 还有建议弄一个火星的GPS.和高带宽传输中转站.这样为全球各国的火星实验都是显著的帮助.

    • 迷路的鱼说道:

      首先,所谓的硅基生命只是一种科学幻想,你不能把科学幻想带入到现实中来。其次,科学是门很严谨的学科,没有求证和有理论是不能想以为然的。

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