火星的衛星從何而來？ 這是一個科學家們仍然無法回答的問題。我們知道地球的衛星很可能是在大約45億年前我們星球上發生的一次巨大撞擊中形成的。太陽系中的一些衛星，例如木星的幾顆較小的衛星，似乎是被捕獲的小行星。火星的衛星火衛一（Phobos）和火衛二（Deimos）究竟是哪種形成路徑，目前尚不清楚——但我們可能很快就會得到答案。一顆日本探測器將於明年發射，試圖從火衛一帶回樣本。這項任務將建立在來自阿拉伯聯合大公國（阿聯酋）火星軌道器令人興奮的新結果之上，這些結果表明這兩顆衛星起源於行星。“我們可能會感到驚訝，但我認為我們會弄清楚的，”亞利桑那州立大學的傑瑪·戴維森（Jemma Davidson）說。
4月24日，阿聯酋宣佈其“希望號”（Hope）軌道器研究了火星兩顆衛星中較小的一顆——火衛二（Deimos）。該探測器從距衛星表面僅100公里的高度傳回了一些迄今為止關於火衛二的最佳資料和影像。這些結果表明，火衛二的成分比之前被認為是火衛二和火衛一的可能原材料的一類小行星——火星和木星之間外小行星帶中的D型小行星——更接近火星。“我們不認為[火衛二]是一顆小行星，”迪拜穆罕默德·本·拉希德航天中心（Mohammed Bin Rashid Space Center）的任務科學負責人赫薩·馬特魯希（Hessa Al Matroushi）說。
為了確切地找出答案，科學家們希望將火衛一的樣本帶回地球。俄羅斯在2012年的一次嘗試以失敗告終，當時其“火衛一-土壤”（Phobos-Grunt）探測器在發射後不久墜入太平洋。“它從未離開地球軌道，”喬治·華盛頓大學（George Washington University）空間政策研究所（Space Policy Institute）的太空歷史學家和榮譽退休教授約翰·洛格斯頓（John Logsdon）說。日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）希望透過其火星衛星探測（MMX）任務避免同樣的命運。這艘太陽能動力探測器預計將於2024年9月發射，重量超過三公噸，大小與SUV大致相當。它的目標是在2025年8月進入火星軌道，然後在2026年靠近火衛一以採集樣本，並在2029年將樣本帶回地球。法國蔚藍海岸天文臺（Côte d’Azur Observatory）的帕特里克·米歇爾（Patrick Michel）說，這項任務“非常複雜”，但應該會非常有價值。米歇爾是MMX的歐洲合作者，也是該任務科學委員會的成員。
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4月17日，美國宇航局（NASA）和日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）宣佈他們將就該任務展開合作。作為合作的一部分，美國宇航局選擇了10名美國科學家參與MMX專案，並將為探測器提供兩臺儀器。“我們在JAXA有很棒的合作伙伴，他們正在領導這項雄心勃勃的任務，以帶回火星衛星火衛一的首批樣本，”美國宇航局局長比爾·納爾遜（Bill Nelson）在釋出到推特的影片訊息中說。“我們將共同加深我們對太陽系的瞭解。”
在火星的兩顆衛星中，火衛一略大一些。它們的形狀都不規則，像土豆。火衛一最長邊約為27公里，火衛二為15公里。火衛一也是離火星較近的一顆衛星。它在距火星表面僅6000公里的軌道上執行，每7小時39分鐘完成一次軌道執行。火衛二的高度超過23000公里，軌道執行時間略多於30小時。這兩顆衛星都曾被多艘探測器拍攝過，最著名的是美國宇航局的“海盜2號”（Viking 2）軌道飛行器在1977年，以及火星勘測軌道飛行器在2000年代，甚至還有“好奇號”（Curiosity）漫遊車在2013年從火星表面拍攝的照片。但從未有探測器在任何一顆衛星上著陸。
日本的MMX任務將嘗試改變這一狀況。它建立在該國的小行星取樣任務“隼鳥號”（Hayabusa）和“隼鳥2號”（Hayabusa2）的成功基礎上，這兩項任務分別在2010年和2020年帶回了小行星的樣本。然而，這兩項任務都只花費了幾秒鐘的時間掠過目標物體的表面。MMX將在火衛一的兩個地點著陸，並在表面停留兩個小時，總共收集約10克物質。“這與隼鳥號有很大不同，”米歇爾說。火衛一表面的操作面臨許多挑戰，因為這顆衛星的重力只有地球的千分之一——而且考慮到其不規則的形狀，重力場也不均勻。MMX將使用兩種方法收集樣本：一種是可伸展臂上的巖芯取樣器，用於收集來自地下兩釐米以上的樣本，另一種是氣動取樣器，用於從表面揚起物質。
然而，在MMX收集樣本之前，它將尋求確保進行一次較小的著陸。在2026年或2027年，該探測器將在表面部署一輛小型漫遊車，該漫遊車由法國和德國的科學家開發。這輛微波爐大小的漫遊車將在探測器進行練習著陸嘗試時從45米的高度投放。在表面翻滾後，漫遊車將透過其四個可伸展的輪子扶正，開始為期100天的任務。這顆衛星微弱而不規則的引力意味著，儘管這輛漫遊車僅重25公斤，但它無法以快於蝸牛的速度行駛，否則它將有把自己發射到太空的風險。
“如果我們以快於每秒80毫米的速度行駛，我們可能會使漫遊車翻倒，甚至離開火衛一系統，”德國航空航天中心（German Aerospace Center）的馬庫斯·格雷本斯坦（Markus Grebenstein）說，他是這輛漫遊車的專案經理。考慮到漫遊車的壽命有限，這個速度限制“基本上將我們的活動範圍限制在100米左右”。即便如此，這輛漫遊車應該會證明其價值。它將研究火衛一的表面，併為主探測器MMX提供關於衛星表面特性的重要資訊，這些資訊將被納入兩次著陸嘗試中。這輛漫遊車還將測試在火衛一這樣的小天體上的機器人操作。一個延伸目標可能是透過在任務結束時啟動漫遊車的後輪來嘗試翻轉它，從而將漫遊車推向極限。“漫遊車可以輕鬆地完成一個後空翻，”格雷本斯坦說。“我們可能會被允許在其壽命結束時進行這樣的實驗。”
“MMX的目標將是採集‘火衛一上最原始的物質’，”米歇爾說，這可能包括關於其起源的線索。這些樣本也可能有一個隱藏的驚喜。火衛一的表面被認為覆蓋著一些透過撞擊從火星噴射出來，然後沉降到衛星上的物質。因此，當日本在2029年將其樣本帶回地球時，它們很可能包含首次從火星本身採集的原始樣本，這將大大領先於美國宇航局（NASA）耗資數十億美元的火星樣本返回計劃，該計劃預計最早也要到2033年才能將樣本送回我們的星球。MMX的樣本不太可能包含任何過去生命或火星宜居性的證據，但它們可能會提供關於火星過去地質的有用資訊。“我們希望我們能將它們捕獲在取樣機制中，”米歇爾說。“透過這次任務，我們可能會獲得首批從火星取回的樣本。”
在兩次著陸後，MMX將離開表面，並將其收集的樣本裝在返回艙中送回地球。雖然主探測器本身將留在火星軌道上，隨後將飛越火衛二，從遠處研究這顆衛星，但樣本返回艙將於2029年7月在澳大利亞的沙漠中著陸。戴維森是美國宇航局（NASA）選定的科學家之一，她將在地球上研究這些樣本。“透過觀察這些礦物質，我們將能夠判斷它是來自火星的礦物質還是被捕獲的小行星，”她說。
如果樣本被證明是被捕獲的小行星，這一發現將對它們如何從外小行星帶遷移到火星產生有趣的啟示。但如果它們是火星的碎片，是在火星早期歷史中的一次撞擊中形成的，那就會帶來自身的問題——尤其是引發了一個問題，即與我們地球周圍的衛星（其直徑約為3500公里，大得令人難以置信）相比，這些較小的天體是如何在一個行星周圍形成的。“這與我們現有的關於巨型撞擊產生的物質的模型不符，”戴維森說。“無論我們弄清楚什麼，我們都必須重新思考我們過去對這些過程的假設。”
MMX和“希望號”（Hope）代表了人們對火星衛星重新燃起的興趣，行星學會（Planetary Society）在2015年曾建議將火星衛星作為開始人類探索紅色星球的理想地點。“如果我們不能將人類送往火星表面，也許我們可以將他們送到火衛一和火衛二會合，”行星學會報告的合著者洛格斯頓說。現在，我們比以往任何時候都更接近弄清它們的來源，這可能有助於我們更多地瞭解我們的太陽系及其無數的行星、衛星和小行星是如何形成的。“瞭解衛星是如何形成的，對於我們理解太陽系的動力學至關重要，”戴維森說。