等了10年就為完成這場樣品接力賽,把火星土壤樣品帶回地球有多難

科學家的執著

等了10年就為完成這場樣品接力賽,把火星土壤樣品帶回地球有多難

火星與地球的真實比例

火星相較於地球來說,荒涼且沒有生命,一顆沒有全球磁場的星球就好像魚兒沒有水一樣,那科學家為什麼還要執著的探索這顆星球呢?其實火星相較於太陽系其他星球來說擁有其得天獨厚的優勢,首先火星距離我們較近,另外它不像金星與水星,灼熱高溫,極度深寒,毫無生命氣息。火星極地區域擁有二氧化碳冰混合物,表面還有各種沉積岩,它們與地球表面岩石有著相同的特性。

要說整個太陽系誰最像地球,那就只有火星一個選擇了。雖然我們看著現在的火星毫無生機,但是過去,火星很可能是一顆熱鬧的星球,表面溫度適宜,擁有液態形式的水,在某一塊岩石下可能還存在著原始生命,這將是人類第一次發現地球以外的生命,想到都讓人激動。火星地質,火星的殘留磁場,火星表面環境,火星大氣等等一切與火星有關的知識都是科學家們探索的方向。

等了10年就為完成這場樣品接力賽,把火星土壤樣品帶回地球有多難

水手6號(1969年)和水手7號拍攝到的火星

多年來,探索工作從未間斷,半個多世紀以來,火星軌道探測器,火星探測車,撞擊火星表面記錄引數用的探測器一個又一個來到了這顆蘊含深層奧秘的星球。我們看著好像探測器有很多,沒有規律,但是其實探測器也講究“術業有專攻”,比如好奇號火星探測器,它的任務就是發現火星表面河流或者火星古代湖泊殘留的遺蹟,洞察號火星探測器目的是探索火星深層地質引數,比如地震,有無板塊構造等等。

將火星原始樣品運回地球

時間來到了2020年,火星探測工作來到了一個新的階段。還有不到一個月的時間,毅力號火星探測器就要發射了,這次任務相較於以往比較特殊。這是一次承上啟下的任務,為什麼說毅力號是承上啟下的任務呢?首先我們可以把毅力號看做是好奇號火星探測器的升級版,另外,毅力號攜帶了31個火星樣品芯鑽和樣品管架,毅力號在任務期間可以把選擇好的火星原始樣品放在樣品管中,以備後續火星探測器任務找到這些樣品,並將其發射回地球,這也叫作火星樣品返回任務。

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月球岩石的原始樣品,是阿波羅15號宇航員收集的,目前這塊樣品在休斯敦月球實驗室的加壓充氮檢查箱中

發射回地球?這該怎麼做呢?就目前來說,人類還無法派遣宇航員前往火星,所以也無法像阿波羅宇航員那樣,在月球表面打包樣品。火星樣品返回任務是一項旨在將火星岩石和火星土壤樣品帶回地球的工作,它是NASA火星探索計劃的一部分,現在美國宇航局和歐洲宇航局已經開始合作開發未來返回任務所需的先進技術和硬體了,火星樣品返回任務已經提上日程。

按照目前的計劃,一個名為Sample Return Lander(SRL)的樣品收集探測器將於2026年發射,並於2028年到達火星,為了加快樣品管收集速度,樣品收集探測器SRL的著陸點和毅力號火星探測器的著陸點是很接近的。SRL在著陸之後會按照毅力號火星探測器的行走路線,一天最少行進200米,收集毅力號放置在火星表面的樣品管。收集完成之後,SRL會把收集起來的樣品管轉移到小型發射臺內部。

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火星樣品返回任務的其中一個概念圖

火星上的這個小型發射臺也叫作ERO,它其實與火箭有相似的原理,也就是說ERO上會有兩級固體火箭或單級混合火箭結構,它們可以將打包好的火星樣品管發射到軌道。雖然這個小型發射系統不能發射直達地球的樣品管,但是該系統很可能成為有史以來第一個在另一個星球成功運作的火箭系統。

想要在火星發射然後直達地球?一個小型發射臺是根本不夠的,所以科學家們計劃先將樣品發射到火星軌道,然後再由火星軌道器運載中轉返回地球。為了達成目標,科學家還將計劃再發射一個單獨的軌道航天器,在地球與火星之間等著,等著火星軌道器的樣品結構與之對接。這聽起來非常複雜,就好像是一次星球間的科學接力活動,接力棒就是火星樣品管。雖然我們目前無法到達火星,但是科學家們計劃用這種接力的方式運送火星樣品。

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火星樣品返回任務計劃圖

未來,在月球軌道附近會有空間站,火星軌道飛行器也許可以先和月球軌道空間站對接,之後在月球軌道空間站重新出發,最後回到地球。毫無疑問,想要將火星樣品運送回地球將需要多個任務,而這些任務將比以前任何探測器任務都更具挑戰性,也更先進。近年來,火星探測器探索方面的成就使科學家們充滿信心,這一切努力都是值得的。

等待了10年,終於迎來這興奮時刻

一旦樣品到達了我們的星球,科學家們還不能直接分析。火星樣品需要先在特殊構造的樣品接收設施中進行稽核,以防止樣品被汙染,另外還需要保證樣品的完整性。另外,火星樣品將會在生物安全4級實驗室(最高等級的實驗室,可以防止埃博拉等致命病毒流出)進行備份,然後才可以運往其他實驗室進行實驗。

等了10年就為完成這場樣品接力賽,把火星土壤樣品帶回地球有多難

火星隕石,重0。62千克

屆時,運載回來的將是火星的原始樣品,與火星隕石是不同的。火星隕石在到達地球之前經過了很長一段時間,宇宙射線對其結構的剝離,進入大氣層之時的磨損,另外火星隕石墜落在地球上還可能被地球微生物汙染等等。所以火星隕石不足以斷定火星情況,而火星原始樣品則完全不同。

過去的火星任務已經取得了許多令人興奮的發現,這些發現改變了我們對其他岩石星球的理解,但是未來的火星探測不能止步於此。科學家們將在2026年將原始火星樣品帶回地球,以便在複雜的實驗室中進行詳細分析。隨著裝置的改進和科學的進步,科學家們還可以對樣品進行重新分析並研究新的資訊。50多年前的月球樣品到現在還沒有研究完,不是說月球樣品有多複雜,也不是科學家們效率不高,正是因為新的分析儀器越來越精進,科學家們不想錯過任何一個可能改變現有月球理論的發現。

等了10年就為完成這場樣品接力賽,把火星土壤樣品帶回地球有多難

小型發射臺計劃圖,1和2部分是兩個固體推進劑級,3部分是樣品容器

歐洲宇航局的科學家們表示,其實相比於火星樣品返回任務的成功,他們更關注公眾對此事的看法,火星樣品還有近10年才能返回地球,在這十年間,科學家們希望能讓更多人明白火星樣品回收的價值,明白科學為什麼要不斷前進。不止一次的發射任務只為最後的幾百克樣品,公眾從未比現在更需要科普。人類遲早會面對太空,這就好像一場考試,與其到時候被動的接受太空的考驗,地球的考驗,我們倒不如主動前進。而火星很可能會成為除月球之外的另一個太空前哨,多星球物種終將踏遍太陽系的每一寸土地。

等了10年就為完成這場樣品接力賽,把火星土壤樣品帶回地球有多難

回收火星原始樣品,這確實是一個重要的時刻,工程師和所有參與研發專案的科學家們將為這項技術工作而感到興奮。我們已經從月球上取回了樣品,在未來,科學家希望能前往下一顆星球,下一顆星球,下一顆星球,直到太陽系的邊緣,而月球和火星,將是出發的起點。就本次任務而言,科學家們會陶醉於本次任務,這是一次絕好的學習古代火星知識的機會,也許本次任務就可以解答這個讓人類困惑多年的疑問:生命是否唯一。

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