科學家加倍關注火星取樣探測器的著陸點

NASA的“火星2020”任務可能會訪問兩個微生物生命可能曾經繁榮的地點

NASA“火星2020”探測器的插圖,這是一款核動力機器人,計劃於2021年在紅色星球著陸,收集樣本以供未來返回地球。

*編者注(18年11月19日):經過五年多對60多個候選地點的考察,NASA宣佈其用於樣本快取的“火星2020”探測器將在傑澤羅隕石坑著陸。這個直徑45公里的隕石坑位於火星赤道以北,擁有乾涸的湖泊和河流三角洲,使其成為尋找紅色星球上古代生命跡象的首選目標。 《大眾科學》 在這篇2018年10月的報道中詳細介紹了傑澤羅隕石坑和其他最終入圍地點的選址過程。

對於NASA的“火星2020”探測器來說,目前正在該機構的噴氣推進實驗室組裝,計劃於2020年7月發射,風險再高不過了。這個耗資24億美元的核動力探測器是有史以來直接飛向紅色星球的最複雜的機器。在2021年2月著陸後,它完成一項備受矚目的目標——收集岩石樣本以最終運回地球——將確保該探測器為未來數十年的火星探測設定方向。但首先,任務規劃者必須決定這臺雄心勃勃的機器實際上應該去火星的哪個地方。

上週,在洛杉磯北部舉行的一次會議上,一個由150多名科學家組成的國際小組齊聚一堂,進行了為期兩天半的討論,內容正是如此——他們的辯論有時看起來不太像仔細的科學對話,而更像是一場地質學和天體生物學的食物大戰。這次充滿爭議的會議是自2014年以來舉行的第四次也是最後一次此類研討會,考慮了四個可能適合生命存在的“火星2020”任務的首選著陸點。


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  • 哥倫比亞山/古謝夫隕石坑, 這是NASA已失效的“勇氣號”探測器先前勘測過的地點。這裡富含熱泉沉積物,在地球上,這些沉積物將為微生物生命提供舒適的家園。

  • 傑澤羅隕石坑, 這個地點擁有乾涸的湖泊和河流三角洲,可能曾經庇護——並隨後儲存——了大量的火星微生物。

  • 東北部大瑟提斯高原, 一座巨大的盾狀火山,毗鄰一個巨大的撞擊隕石坑,那裡蘊藏著這顆行星上最古老的岩石,這些岩石形成於火星還是一個更溫暖、更潮溼的地方。

  • 中途, 另一個散佈著古老岩石的目的地,顧名思義,它位於傑澤羅和東北部大瑟提斯高原的著陸點之間。

NASA火星探測計劃的首席科學家邁克爾·邁耶說:“我們擁有如此大量的資訊來研究另一顆行星,這真是令人難以置信。” 他告訴《大眾科學》,“研討會根據我們已知、我們未知以及我們想知道的內容來區分潛在的著陸點,但我們只有一次機會。”

火星2020著陸點指導委員會聯合主席、地質學家馬修·戈隆貝克說,四個最終入圍的著陸點候選地點現在是整個火星上研究最仔細的地點。每個地點都已被環繞火星軌道執行的軌道飛行器進行了廣泛的遠端觀測。這些觀測為研究人員提供了大量關於地質歷史、岩石成分、地表狀況等的新資訊。在仔細研究所有這些資料後,研討會的參與者最終不得不投票選出他們偏好的著陸點——他們認為為“火星2020”任務提供最佳成功機會的地點。

研討會結束時,綜合統計結果表明,大家一致傾向於一種混合方法——“火星2020”探測器將訪問和探索傑澤羅隕石坑的乾涸湖床和三角洲,以及中途地點的古老岩石,後者僅在約28公里之外。直線距離不算太遠,但對於在崎嶇不平的外星地形上緩慢行駛的機器人探測器來說,仍然可能是一個艱鉅的任務。完成這段旅程將是探測器的一個延伸目標,因為這段旅程可能很容易超過其2.35年的主要任務時間。此外,即使這種一舉兩得的方法在科學上很有吸引力,但它也不是一成不變的:究竟在哪裡傳送“火星2020”的決定權在於NASA的首席科學家托馬斯·祖布肯,預計他將審查研討會的調查結果,並在年底前宣佈他的選擇。然後,他的審查結果將提交給NASA領導層進行最終宣佈。

天體生物學家和研討會參與者、NASA艾姆斯研究中心的戴維·德斯馬拉伊斯說,對兩個地點的偏好受到擴充套件任務可能有多豐富的影響。“這真的產生了很大的影響,比以前的任務要大得多。” 特別是,“火星2020”將利用幾項新技術——例如更好的地形測繪以及在下降過程中更精確、更靈敏的降落傘觸發——這將使探測器能夠實現精確著陸,超越其所有機器人前輩所實現的著陸。“這些技術為人們打開了通往以前很想去但無法到達的地點的大門,”德斯馬拉伊斯說。

仍然需要理清的是“火星2020”任務的樣本何時以及如何取回,以及探測器將按什麼順序偵察研討會青睞的探測地點。與許多研討會參與者一樣,德斯馬拉伊斯個人贊成“火星2020”首先在傑澤羅著陸,使用其42根鉛筆大小的樣本管中的一部分在那裡收集岩石,然後跋涉到中途地點進行重複操作。“研討會的評分反映了關於從哪裡開始和在哪裡結束的相當對稱的意見,”德斯馬拉伊斯補充說,並進一步指出,東北部大瑟提斯高原著陸點在投票中也表現強勁。

傑澤羅隕石坑在研討會上的主要倡導者是羅德島州普羅維登斯布朗大學的行星科學家約翰·馬斯塔德。“傑澤羅在主要探測器科學方面得分最高,而東北部大瑟提斯高原在返回樣本的價值方面得分更高。真正的贏家是從中途到傑澤羅的擴充套件任務,它獲得了廣泛而深入的科學價值支援,”他說。

關於傑澤羅和中途,最吸引人的是用一臺探測器完成兩倍科學成果的可能性,馬斯塔德說:“這是兩全其美。如果我們能夠對兩個地點都進行取樣,那麼我們就能比其他情況更進一步,並能夠探索更多樣化的火星科學。”

在某些重要方面,“火星2020”任務將涉及重複NASA“好奇號”探測器於2012年8月的著陸。這意味著該任務的科學家和地球上熱切的觀眾必須屏住呼吸,再次經歷“好奇號”在2012年進入、下降和著陸火星的所謂“恐怖七分鐘”。在這個驚心動魄的過程的最後,一個機器人天空起重機在火箭上盤旋,然後用繫繩將探測器降低到地面。“好奇號”的天空起重機完美地工作;這種方法是否會在2021年再次奏效還有待觀察。

儘管存在這些操作上的不確定性,但任務的科學家們持樂觀態度。“火星2020”的副專案經理馬特·華萊士說,探測器的整體組裝和測試正在按計劃進行,沒有出現明顯的障礙。

即使與所有希望相反,探測器在火星上的高難度著陸出現問題,“火星計劃也將繼續進行”,聖路易斯華盛頓大學的雷·阿維德森說,他是一位多次參與紅色星球任務的資深人士。“[火星]是NASA的長期目標。無論‘火星2020’任務是否成功,都將繼續進行探索。”

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