“太空是艰难的”这句老话通常在航天器因误算、故障或与外星环境的极端恶劣条件致命相遇而丢失时说。但现在给 NASA 制造麻烦的罪魁祸首只不过是一些看似无害的火星土壤。
当美国宇航局的 InSight 任务于 2018 年 11 月登陆火星时，它携带了旨在首次创建行星内部详细图像的仪器。这个机器人地球物理学家携带的探测器之一是热流和物理性质组件，或 HP3。该仪器的设计目的是测量有多少火星内部的热量正在向外逸出——这是一个关键指标，用于了解一个世界曾经拥有多少地质“生命”以及还剩下多少。但是 HP3 从未设法深入土壤以获得正确的读数。经过两年崇高但徒劳的尝试将其强制推进后，NASA 上周正式认输。
InSight 的 HP3 仪器首席研究员、德国航空航天中心的 蒂尔曼·斯波恩 说：“成功并没有保证。”但“有点难以接受这就是结局。”
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
毫无疑问，到 InSight 任务结束时，科学家们将比以往任何时候都更了解火星内部的状态、大小和组成。然而，HP3 的失败意味着总体情况将比许多人预期的更加模糊。并且随着 NASA 的重点从行星地球物理学转向从地表返回原始岩石样本，关于类地行星如何运作的问题可能会在几代人的时间里仍然没有答案。
HP3 的 40 厘米长的打桩机，被亲切地称为“鼹鼠”，只需要挖入地下三米即可开始其科学运作。地质学家怀疑火星土壤会有点像基本沙子。但为了安全起见，他们也在更棘手的土壤类型上测试了鼹鼠。“我们实际上非常乐观它会在火星上工作，”斯波恩说。相反，当科学家们第一次尝试挖掘并失败时，他们只能问，“为什么这该死的东西无法穿透？”他补充道。即使在征用着陆器的设备移动机械臂来重新排列土壤并向下推鼹鼠之后，团队仍然受挫。
像土壤这样简单的东西竟然会成为问题，这听起来可能很奇怪，但这一直是行星地球物理学家的烦恼。类似的探热针在 1970 年代早期部署在月球上。“在阿波罗任务期间，当你与宇航员交谈时，部署探热针，必须钻入，是他们总是认为最困难的事情，”约翰霍普金斯大学应用物理实验室的行星地质学家 劳伦·约兹维亚克 说。
那时，月球土壤不断锁定钻头。就鼹鼠而言，火星的土壤被证明具有奇怪的粘性，阻止了该设备获得足够的摩擦力进行挖掘。约兹维亚克的前导师曾经告诉她，在计划任务时，你会有你认为可能发生的选项 A、B、C 和 D。“但通常，行星会是 E：以上都不是，”她说。
北卡罗来纳州立大学的行星科学家 保罗·伯恩 说：“火星的土壤给我们带来了意外的难题”，他与 InSight 任务无关。因此，“我们仍然不清楚有多少热量从火星深处内部传递到地表。”
这是一个令人沮丧的无知状态。行星失去热量的方式会深刻地塑造其表面，控制着从喷射熔岩、改变大气层的火山活动到推起高山和雕刻出深盆地的构造隆起的一切。行星失去内部热量的速度越快——这热量来自其最初的炽热形成，以及放射性衰变的热能——行星的地质活动就会越早停止。如果没有 HP3 的数据，很难说火星内部是热还是冷，或者在过去的 45 亿年中它冷却的速度有多快。
InSight 的测震仪和其他仪器按计划工作，它们应该至少再收集 两年的数据。这意味着行星科学家不会完全不了解火星的热或不热的性质。例如，科学家们正在尝试使用来自测震仪的代理测量来估计行星最上层地质层的热流。但斯波恩说，这种技术产生的结果远不如完全埋藏的鼹鼠提供的读数精确。
NASA 喷气推进实验室的行星地球物理学家和 InSight 的副首席研究员 苏·斯姆雷卡 说，对于一个已知当地地壳厚度的地方（例如 InSight 的着陆区）获得精确的热流测量是一个非常宝贵的约束。如果没有这些数据，就很难说火星有多少放射性物质，以及这些产热元素的主要部分是在地壳中还是在下面的地幔中。
这些知识将有助于科学家解开关于 InSight 探测器家园所在区域的几个关键谜题。InSight 探测器着陆的埃律西昂平原拥有火星上一些最年轻的火山沉积物。刻耳柏洛斯槽沟是一系列位于 InSight 以东约 1600 公里的深裂缝状裂隙，今天正在产生“火星震”。有些是构造性的，但另一些可能来自深处下方移动的岩浆。
科学家们很想知道尚未被捕获到喷发的火星是否有可能发生现代火山喷发。如果岩浆仍然存在于刻耳柏洛斯槽沟下方（或者即使该区域的深处没有岩浆但仍然足够温暖），那里的任何地下水都可能是非常温暖的——提供地球微生物生命已知偏爱的环境类型。然而，这些都是很大的假设，并且是否存在现代火山活动是一个悬而未决的问题。“在 InSight 着陆点，相当靠近的地方获得热流，将是一个非常重要的起点，”斯姆雷卡说。
我们对火星洋葱状分层的理解也将受到较少的约束。InSight 的所有仪器都提供了对地下的独特窗口，但它们“被设计为协同工作”，约兹维亚克说。地震波提供了关于地壳、地幔和地核的位置、结构和组成的信息。行星的热流受相同变量的影响，因此它可以用于询问测震仪的数据，反之亦然。失去鼹鼠意味着科学家现在缺乏一种独立的方式来确定火星地下的特性。
有一些一线希望。未来尝试类似土壤穿透壮举的任务肯定会更加明智。斯姆雷卡说，编写了新代码，允许机械臂将鼹鼠敲入其孔中。机械臂最近获得的灵活性现在将用于一个意想不到的用途：将一些泥土放到连接着陆器和测震仪的系绳上。这种临时的绝缘应该减少系绳在整个火星昼夜循环中的一些热膨胀和收缩，这种活动会产生不必要的噪音。
热探头徒劳的努力无疑是令人遗憾的。然而，雄心勃勃并尝试新事物，例如测量另一颗行星的内部温度，正是太空探索的意义所在。“有时你会失败，”斯姆雷卡说。但是“如果我们只做我们知道可以完成的事情，那将是无聊的。”