“太空是艱難的”這句老話通常在航天器因誤算、故障或與外星環境的極端惡劣條件致命相遇而丟失時說。但現在給 NASA 製造麻煩的罪魁禍首隻不過是一些看似無害的火星土壤。
當美國宇航局的 InSight 任務於 2018 年 11 月登陸火星時，它攜帶了旨在首次建立行星內部詳細影像的儀器。這個機器人地球物理學家攜帶的探測器之一是熱流和物理性質元件，或 HP3。該儀器的設計目的是測量有多少火星內部的熱量正在向外逸出——這是一個關鍵指標，用於瞭解一個世界曾經擁有多少地質“生命”以及還剩下多少。但是 HP3 從未設法深入土壤以獲得正確的讀數。經過兩年崇高但徒勞的嘗試將其強制推進後，NASA 上週正式認輸。
InSight 的 HP3 儀器首席研究員、德國航空航天中心的 蒂爾曼·斯波恩 說：“成功並沒有保證。”但“有點難以接受這就是結局。”
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毫無疑問，到 InSight 任務結束時，科學家們將比以往任何時候都更瞭解火星內部的狀態、大小和組成。然而，HP3 的失敗意味著總體情況將比許多人預期的更加模糊。並且隨著 NASA 的重點從行星地球物理學轉向從地表返回原始岩石樣本，關於類地行星如何運作的問題可能會在幾代人的時間裡仍然沒有答案。
HP3 的 40 釐米長的打樁機，被親切地稱為“鼴鼠”，只需要挖入地下三米即可開始其科學運作。地質學家懷疑火星土壤會有點像基本沙子。但為了安全起見，他們也在更棘手的土壤型別上測試了鼴鼠。“我們實際上非常樂觀它會在火星上工作，”斯波恩說。相反，當科學家們第一次嘗試挖掘並失敗時，他們只能問，“為什麼這該死的東西無法穿透？”他補充道。即使在徵用著陸器的裝置移動機械臂來重新排列土壤並向下推鼴鼠之後，團隊仍然受挫。
像土壤這樣簡單的東西竟然會成為問題，這聽起來可能很奇怪，但這一直是行星地球物理學家的煩惱。類似的探熱針在 1970 年代早期部署在月球上。“在阿波羅任務期間，當你與宇航員交談時，部署探熱針，必須鑽入，是他們總是認為最困難的事情，”約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的行星地質學家 勞倫·約茲維亞克 說。
那時，月球土壤不斷鎖定鑽頭。就鼴鼠而言，火星的土壤被證明具有奇怪的粘性，阻止了該裝置獲得足夠的摩擦力進行挖掘。約茲維亞克的前導師曾經告訴她，在計劃任務時，你會有你認為可能發生的選項 A、B、C 和 D。“但通常，行星會是 E：以上都不是，”她說。
北卡羅來納州立大學的行星科學家 保羅·伯恩 說：“火星的土壤給我們帶來了意外的難題”，他與 InSight 任務無關。因此，“我們仍然不清楚有多少熱量從火星深處內部傳遞到地表。”
這是一個令人沮喪的無知狀態。行星失去熱量的方式會深刻地塑造其表面，控制著從噴射熔岩、改變大氣層的火山活動到推起高山和雕刻出深盆地的構造隆起的一切。行星失去內部熱量的速度越快——這熱量來自其最初的熾熱形成，以及放射性衰變的熱能——行星的地質活動就會越早停止。如果沒有 HP3 的資料，很難說火星內部是熱還是冷，或者在過去的 45 億年中它冷卻的速度有多快。
InSight 的測震儀和其他儀器按計劃工作，它們應該至少再收集 兩年的資料。這意味著行星科學家不會完全不瞭解火星的熱或不熱的性質。例如，科學家們正在嘗試使用來自測震儀的代理測量來估計行星最上層地質層的熱流。但斯波恩說，這種技術產生的結果遠不如完全埋藏的鼴鼠提供的讀數精確。
NASA 噴氣推進實驗室的行星地球物理學家和 InSight 的副首席研究員 蘇·斯姆雷卡 說，對於一個已知當地地殼厚度的地方（例如 InSight 的著陸區）獲得精確的熱流測量是一個非常寶貴的約束。如果沒有這些資料，就很難說火星有多少放射性物質，以及這些產熱元素的主要部分是在地殼中還是在下面的地幔中。
這些知識將有助於科學家解開關於 InSight 探測器家園所在區域的幾個關鍵謎題。InSight 探測器著陸的埃律西昂平原擁有火星上一些最年輕的火山沉積物。刻耳柏洛斯槽溝是一系列位於 InSight 以東約 1600 公里的深裂縫狀裂隙，今天正在產生“火星震”。有些是構造性的，但另一些可能來自深處下方移動的岩漿。
科學家們很想知道尚未被捕獲到噴發的火星是否有可能發生現代火山噴發。如果岩漿仍然存在於刻耳柏洛斯槽溝下方（或者即使該區域的深處沒有岩漿但仍然足夠溫暖），那裡的任何地下水都可能是非常溫暖的——提供地球微生物生命已知偏愛的環境型別。然而，這些都是很大的假設，並且是否存在現代火山活動是一個懸而未決的問題。“在 InSight 著陸點，相當靠近的地方獲得熱流，將是一個非常重要的起點，”斯姆雷卡說。
我們對火星洋蔥狀分層的理解也將受到較少的約束。InSight 的所有儀器都提供了對地下的獨特視窗，但它們“被設計為協同工作”，約茲維亞克說。地震波提供了關於地殼、地幔和地核的位置、結構和組成的資訊。行星的熱流受相同變數的影響，因此它可以用於詢問測震儀的資料，反之亦然。失去鼴鼠意味著科學家現在缺乏一種獨立的方式來確定火星地下的特性。
有一些一線希望。未來嘗試類似土壤穿透壯舉的任務肯定會更加明智。斯姆雷卡說，編寫了新程式碼，允許機械臂將鼴鼠敲入其孔中。機械臂最近獲得的靈活性現在將用於一個意想不到的用途：將一些泥土放到連線著陸器和測震儀的繫繩上。這種臨時的絕緣應該減少繫繩在整個火星晝夜迴圈中的一些熱膨脹和收縮，這種活動會產生不必要的噪音。
熱探頭徒勞的努力無疑是令人遺憾的。然而，雄心勃勃並嘗試新事物，例如測量另一顆行星的內部溫度，正是太空探索的意義所在。“有時你會失敗，”斯姆雷卡說。但是“如果我們只做我們知道可以完成的事情，那將是無聊的。”