毅力号火星车在火星首年教会了我们什么

一年前，美国国家航空航天局的毅力号探测车冲破火星大气层，安全降落在耶泽罗陨石坑中。耶泽罗陨石坑是一个宽45公里的凹陷地，科学家们怀疑这里曾经是一个深邃而长久的湖泊。探测车的最终目标是靠近耶泽罗陨石坑的西边缘：一大堆扇形的沉积物，这些沉积物大约在35亿年前通过陨石坑边缘的缺口冲入盆地。换句话说，目标是一个河流三角洲——这正是可能保存古代火星生命迹象的环境类型。

毅力号是人类寻找古代火星生物圈遗迹的宏伟征程中的先锋。这项耗资27亿美元的任务的首要目标是收集数十个火星岩石样本，其中许多样本来自三角洲。然后，在2030年代初期，一系列航天器应该将这些样本送回地球进行近距离检查，这可能会让科学家们最终回答太阳系是否曾经拥有超过一个孕育生命的星球的问题。

美国国家航空航天局行星科学部门主任Lori Glaze说：“也许过去的微生物生命可能在火星稍微温暖和潮湿的时候就存在了。火星表面——地质、地质历史——被保存了下来。我们可以在表面看到43亿年前的情况……你在其他地方做不到这一点。”

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这段视频由美国国家航空航天局毅力号探测车拍摄的16张图像拼接而成，平移扫过耶泽罗陨石坑一部分的全景图，揭示了中远处的棕色山丘，这些山丘是陨石坑古代河流三角洲的一部分。 来源：NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

毅力号早期的观测已经揭示，耶泽罗陨石坑的地质历史比之前想象的更加丰富，环境条件发生了剧烈的变化。现在，随着探测车加大其样本收集活动的力度，后方的科学家们渴望将其送往西部，前往诱人的河流三角洲及其潜在的生物宝藏。然而，火星并不总是按规则出牌。在这个探测车在火星表面度过的第一个地球年中，这颗行星已经抛出了一些意想不到的挑战。

格雷泽说：“每次我们向火星发射任务时，我们都必须更多地了解火星实际上将如何对待我们的航天器，并且我们必须学习如何在那种环境中操作。” 但她补充说，毅力号做得很好。“事情进展得非常顺利。[团队]正在取得非常大的进展。”

着陆带外的早期科学

庆祝其首个火星周年纪念的不仅仅是毅力号。它是去年二月到达火星的三个太空任务之一。阿拉伯联合酋长国的希望号轨道飞行器仍在环绕这颗行星运行。中国的多组件天问一号任务——由轨道飞行器、着陆器和探测车组成——也在那里。该任务的探测车祝融号目前正在探索火星平原乌托邦平原，距离毅力号所在地东北约1800公里。

然而，回到耶泽罗陨石坑，毅力号的火星探险几乎立刻就发生了意想不到的转折，从2021年2月18日探测车着陆地点开始。

加州理工学院的任务项目科学家Ken Farley说：“在之前完成的所有模拟中，最有可能的着陆地点是一大片平坦区域，我们开始称之为‘着陆带’，就在三角洲前面——我的意思是，实际上在三角洲前100米以内。所以我们开玩笑说，2月19日我们醒来时会看到一面墙在我们面前。而且，嗯，我们没有。”

当探测车下降到表面时，一个车载导航系统自主引导毅力号到一个软件认为“安全”的区域——确实如此。但是，探测车最终并没有降落在距离三角洲一个地球日车程的范围内，而是降落在大约2.5公里之外，在被称为Séítah的危险、多沙、岩石遍布的地形另一侧，Séítah在纳瓦霍语中意为“沙地之中”。绕过那片区域将使探测车到达其主要探索目标的路径长度增加一倍以上。然而，当毅力号勘察其周围环境时，任务控制员选择让它在陨石坑底部停留并探索Séítah，然后再折返并前往三角洲。

美国国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）毅力号副项目科学家Katie Stack Morgan说：“自从好奇号降落在盖尔陨石坑以来，我就一直在研究它。而且，[对于]我们从毅力号传回的第一张图像，我看着那片景观，心想，‘哇，我们不在盖尔陨石坑了。’这与我在盖尔陨石坑见过的任何东西都不同。”

探测车没有降落在湖泊沉积物中，而是发现自己身处布满奇异的、有时是尘土飞扬的岩石的破碎基岩上。其中许多岩石都覆盖着一层引人入胜的紫色涂层，类似于地球上的沙漠清漆——与耐寒、抗辐射的陆地微生物类型相关的铜绿。最初，岩石纹理和地球化学特征难以分类。但是，一旦探测车磨穿了耶泽罗岩石的风化表面，科学家们, 就看到了他们在熔岩流中期望看到的东西——而不是湖底。

法利说：“我们已经确信所有已识别的岩石都是火成岩。它们与湖泊无关。”

耶泽罗陨石坑底部的火成岩是火山产生的，含有通常在厚熔岩湖和熔岩流底部附近形成的大橄榄石晶体。科学家们仍然不知道这些岩石是如何或何时最终出现在耶泽罗陨石坑中的，但现在清楚的是，毅力号正在滚动的表面不是最初的陨石坑底部。进一步的调查显示，这些岩石已被水蚀变，水在其内部挖掘出小的隧道和口袋，现在这些隧道和口袋中充满了盐类矿物。至少在地球上，这种矿物质非常适合保存生命迹象。它们的存在，加上神秘的紫色清漆，使得这些火山岩成为出乎意料的诱人目标。

斯塔克·摩根说：“火成岩通常不是你寻找生命迹象的地方，因为它们来自生命不一定喜欢的非常热的岩浆。但是，当这些岩石位于地表或地下并与水相互作用时，你就会在岩石本身内创造出可能适合居住的小生态位。你在那里有化学成分；你在那里有水；你在那里有盐类矿物的沉淀。”

当毅力号将其目光投向更远的地方时，它发现了耶泽罗陨石坑的山脉边缘和三角洲的墙壁。（“我们确认我们确实有一个三角洲，所以检查一下那个框，”斯塔克·摩根说。）它还发现了一个名为科迪亚克的奇特岩石露头，团队成员用它来衡量耶泽罗古代水域的深度。岩石上的图案表明，至少有一次，水位下降得惊人的低，降至东部一条流出通道下方100多米。其他观测提供了洪水涌入陨石坑的迹象，洪水具有足够的力量携带现在随意散落在某些区域的大巨石。换句话说，耶泽罗湖有时稳定而平静，有时又会被强烈的径流冲刷。

奇怪的是，耶泽罗陨石坑似乎比预期的要多风得多。幸运的是，这并没有困扰毅力号的机器人朋友，名为“机智号”的直升机。自2021年4月以来，机智号一直表现良好——事实上，非常好，以至于在最初的测试之后，团队开始使用它来帮助引导探测车通过崎岖的地形，如Séítah。 法利说：“它在这些测试中表现出色。现在它是我们的伙伴，它正在继续飞行并为我们进行侦察。”

向西走，年轻的探测车

收集和存储样本也被证明比预期的要棘手。去年八月，当毅力号第一次尝试收集岩芯时，任务人员很乐观。他们已经在地球岩石上测试了机械装置，并对指导该过程的软件进行了广泛的故障排除。目标岩石没有显示出明显的挑战性怪癖。这项任务应该很容易。

但是，第一个取芯管却令人沮丧地空无一物。 JPL的任务样本缓存系统负责人杰西卡·塞缪尔斯说：“结果得到一个零体积的空管真是令人震惊，不幸的是。那从来都不是我们担心的事情——没有采集到样本。我们担心那么多其他事情。”

事实证明，这块岩石已经被水蚀变得如此严重，以至于在毅力号钻头的压力下碎裂——这不是一个理想的结果，但它给团队留下了一个装满火星大气层的有用管子。然而，第一次样本采集失败令人感到压力，如果问题继续下去，它们可能会破坏这次千载难逢的机会，即收集和返回来自火星的原始物质。

从那时起，团队重新集结，成功收集了六个岩芯，塞缪尔斯说，这验证了该系统实际上按计划工作。“不是我们。是火星，”她说。的确，当鹅卵石最近楔入探测车的样本缓存硬件中时，火星又上演了一次样本收集恶作剧，毅力号不得不做一点小小的摇摆来摆脱它们。

塞缪尔斯说：“采样过程中永远不会有沉闷的时刻。它让我们保持警惕。它让我们不断思考不同的环境条件。”

总的来说，从火星上取回一小批样本是一项大胆的任务，即使任务的每个活动部件都完美运行，也几乎在我们技术掌握范围之内。 欧洲航天局首席火星工程师Albert Haldemann说：“我们正在突破我们今天拥有的技术极限，以便在火星上着陆并从火星发射火箭，这个火箭的大小基本上只够将一个篮球送入轨道。”欧洲航天局是整个样本返回工作的合作伙伴。

毅力号已经收集的火成岩岩芯可以用来测量火星古代磁场的强度，并精确地确定陨石坑各个时期的年龄。目前，科学家们猜测耶泽罗陨石坑的水大约在35亿年前晃动，但法利说，这个估计值存在5亿年的不确定性。团队成员表示，他们很快将开始决定毅力号应该何时何地存放初步的材料缓存——以防探测车在下一个航天器到达以取回其宝藏时不再工作。

哈尔德曼说：“如果一切都在毅力号上，而毅力号意外死亡，我们就一无所有了。因此，将在潜在的着陆点放置一个安全缓存——越快越好。”

在离开陨石坑底部之前，毅力号将再填充两个其43个车载超净样品管。然后它将向西转，并加快速度：“我们将全力冲向三角洲，”斯塔克·摩根说。