加利福尼亞州蒙羅維亞 — NASA 的下一個主要的行星際任務是火星 2020 探測器。這個機器人探測器預計將於 2021 年 2 月在紅色星球著陸，但有一個關鍵細節仍有待決定：它究竟將在哪裡著陸。
探測器在 2021 年的著陸地點可能會影響未來幾十年火星探索的方向。除了在其著陸點附近探測過去是否適合居住以及是否存在火星生命跡象外，該探測器還將選擇和快取樣本，以便在未來某個尚未確定的日期返回地球。一旦收集到這些珍貴的樣本，無疑會召喚我們重返火星，即使目前尚無人知曉它們將蘊藏什麼秘密，或者是由人類還是機器人來取回它們。
此前，任務規劃人員曾兩次聚集在一起，縮小候選著陸地點的過長清單，每次都選出少量高優先順序的地點。從 2 月 8 日至 10 日，約 250 名行星科學家和航天器工程師聚集在此地參加他們的第三次會議——這是在火星 2020 最終著陸點選定之前的倒數第二次會議。計劃在 2018 年初至中期舉行第四次研討會，以進一步思考剩餘的候選地點，之後 NASA 的領導層將選定探測器的最終目的地。
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火星 2020 探測器踩下剎車，利用其天空起重機與車載導航軟體相結合，自主避開地面危險並安全著陸。
圖片來源：NASA/JPL–-CALTECH
來自世界各地的專家關注著會議程序，期待著這個在行星科學領域最接近於梵蒂岡西斯廷教堂煙囪冒出白煙宣佈新教皇當選的具有重大意義的決定。經過數天的審議、辯論、投票以及一小群火星官員之間的幕後玩笑，他們終於宣佈了首選著陸點，將之前的八個候選地點縮減為僅三個區域。
候選地點
火星 2020 任務仍在執行的前三個地點是東北 Syrtis Major、Jezero Crater 和 Columbia Hills/Gusev Crater——後者是 NASA 的勇氣號探測器從 2004 年到 2010 年已經勘測過的地方。所有這三個地點都靠近火星赤道，與行星的其他部分相比，該區域更容易進行表面任務。“東北 Syrtis 和 Jezero 是評分最高的地點，”火星 2020 專案科學家、加州理工學院地球化學教授 Ken Farley 說。
Jezero Crater 擁有一個古老的乾涸湖泊，可能成為過去微生物生命的儲存庫。東北 Syrtis Major 是一座巨大的盾狀火山，毗鄰一個巨大的撞擊坑，據認為該區域曾經溫暖潮溼。
火星 2020 探測器伸出機械臂的計算機藝術圖。
圖片來源：NASA/JPL-–CALTECH
在這三個地點中，對於為了機器人重返哥倫比亞山而摒棄處女地的想法引發了激烈的討論。該地點的倡導者解釋說，在勇氣號探測器陷入沙地並最終在那裡報廢之前，該機器人發現了一個古老的、被侵蝕的火山灰沉積物。結合其他觀測結果，火山活動的跡象表明，很久以前該地區曾有溫泉活動，從而提高了該地點蘊藏過去火星生命跡象的潛力。
關於哥倫比亞山的辯論在研討會閉幕前達到高潮，當時著陸點指導小組否決了該地點——但這一決定隨後被推翻。“在考慮哥倫比亞山時，遴選委員會認識到該地點的潛在優勢以及各種不確定性，”Farley 說。“該小組決定，有必要進一步研究哥倫比亞山地點，以更好地瞭解該地點的地質情況以及該任務可以在那裡完成什麼。”
更智慧的“恐怖七分鐘”
從工程角度來看，火星 2020 任務在很大程度上是好奇號機器人的映象，自 2012 年 8 月以來，好奇號一直在火星上忙碌地工作。讓下一個探測器在火星上著陸並開展工作，採用了相同的進入、下降和著陸方法——這是一次驚險刺激地穿過大氣層的過程，俗稱“恐怖七分鐘”，最終以“天空起重機”發射反推火箭並懸停在地面上方，小心地將探測器降落到火星表面而告終。然而，這一次，火星 2020 硬體將配備新的系統，以實現更精確的著陸點，並進行最後一刻的機動，以避開危險的巨石、斜坡和流沙陷阱。
NASA 火星探測計劃首席科學家邁克爾·邁耶在著陸點研討會上詳細介紹了火星 2020 探測器任務。
圖片來源：Barbara David
此外，一旦著陸，與好奇號相比，該探測器將以更高的自主性執行，這要歸功於一批軟體升級。噴氣推進實驗室 (JPL) 探測器的系統工程負責人詹妮弗·特羅斯珀表示，這些改進可以確保在火星上不會浪費時間。
特羅斯珀說，在各種複雜地形上增強的導航能力意味著火星 2020 可以比好奇號更快、更有效地完成其主要科學任務。事實上，她說，相對於好奇號，該探測器必須表現得更好才能實現其任務目標。
儲存火星樣本
核動力火星 2020 探測器的一個主要目標將是嚴格記錄，然後收集和儲存“天體生物學相關”的火星樣本，以便未來運回地球。“火星 2020 不是一項生命探測任務，但我認為，如果目標地點正確，我們可以在最終回答關於火星上是否存在生命的問題方面取得巨大進展。它讓我們朝著找出答案的方向前進，”史密森尼航空航天博物館的地質學家約翰·格蘭特說，他與人共同主持了火星 2020 著陸點指導委員會。
“在科學方面，一切都是為了實現火星樣本返回，”JPL 火星探測理事會首席科學家大衛·比蒂說，他也是 NASA 成立的獨立科學家多元化小組——返回樣本科學委員會的聯合負責人。他認為火星 2020 探測器是“將火星甘露的碎片送到地球的巨大進步”。總而言之，該機器人將把大約半公斤的火星物質裝入樣本收集管中。一旦這些裝有火星物質的管子回到地球，這些樣本將透過現代儀器的奇蹟進行分析。“我們基本上可以對樣本進行全面分析，”比蒂說。“我將火星樣本視為我們未來規劃中的一個重大分歧點。要麼樣本中存在生命，要麼不存在。如果其中存在生命，那麼火星計劃將朝著完全不同的方向發展。”
密蘇里州聖路易斯華盛頓大學的雷·阿維德森認為，將火星樣本返回地球是數十年來紅色星球研究的合理進展。
圖片來源：Barbara David
世界各地的科學家已經在為他們自己的實驗室與任何新送來的火星漂浮物進行近距離接觸做準備。“我們幾十年來一直試圖獲取返回樣本，”聖路易斯華盛頓大學地球與行星遙感實驗室主任雷·阿維德森說。“樣本返回非常昂貴，非常複雜，”他說，但這是火星軌道任務、地質探測器和好奇號宜居性發現的合理進展。“下一步是選擇合適的地點，進行一些原位測量，然後在未來十年內的某個時候將樣本取回，”阿維德森補充道。他贊成機器人而不是人類運回貨物，因為自動化裝置更便宜、更快捷。
計劃和希望
然而，存在一個問題。NASA 缺少一項關於火星 2020 之後會發生什麼的確切計劃。事實上，該探測器目前是 NASA 最後一個獲得資助的火星任務。阿維德森和許多其他火星科學家樂觀地認為，機器人將在 2030 年代儘快將天體生物學成果帶回家——但這些樣本究竟何時、以何種成本返回地球仍然是任何人都無法猜測的。“這是一個錢的問題，而不是科學問題，”比蒂說。“而這筆錢來自國會和管理與預算辦公室，優先事項由白宮設定。”
NASA 火星探測計劃首席科學家邁克爾·邁耶更直言不諱地說道：“我們不知道……我們沒有在預算中列出 2020 年之後我們將要做什麼。當然，我們有計劃和希望。”他認為火星 2020 的樣本快取是半個多世紀以來探索的頂峰，這些探索始於 1960 年代首次火星飛掠，所有這些都旨在瞭解那個遙遠的世界是否是地外生命的地址——無論是在過去還是現在。他補充說，感謝好奇號，是的，我們現在可以肯定地知道，火星早期擁有生命的所有必要成分。“火星有可能支援微生物生命嗎？火星 2020 任務將解決這個問題……而且看起來我們的方向是正確的，”他說。
來自世界各地的大約 250 名科學家和工程師參加了第三次研討會，該研討會旨在確定火星 2020 探測器的最佳著陸點。
圖片來源：Barbara David
另一方面，即使是最好的計劃也可能脫軌，特別是如果火星 2020 最終著陸點的“地面實況”不如專家們所希望的那樣誘人。無法保證第二次收集樣本的機會，如果發現火星 2020 的地點不盡如人意，也無法保證另一次前往其他地點的任務。隨著做出正確決定的壓力越來越大，關於探測器最佳去向的競爭陣營之間的裂痕也在加深。“你獲得的關於火星這樣的地方的資訊越多……就越難用非黑即白的方式來解決這些問題，”NASA 艾姆斯研究中心的高階天體生物學家大衛·德斯瑪拉伊斯解釋道。
“現在你看到天體生物學界在不同的[火星]環境之間出現了分裂。這有點像封建景觀……甚至是天體生物學家之間的封建主義，”德斯瑪拉伊斯說，研究人員職業生涯的成敗可能與他們支援哪個著陸點密切相關。他指出，NASA 尋找火星生命的口號曾經是“追隨水”。但“這已經不夠了，”他說，因為事實證明火星上的水非常普遍。“現在我們需要區分哪些地方有水——哪些更好，哪些稍差？這就是宜居性的用武之地。所以讓我們在這裡提高標準。”
至於缺乏資金可能會結束 NASA 與火星的持久戀情的可能性，德斯瑪拉伊斯像他的大多數同行一樣樂觀：“情況總是這樣。道路的盡頭是一件好事……因為你可以繼續修路。”