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        從火星取樣返回 沒那么容易

        2022-07-04 19:20:21晨陽
        環(huán)球時報 2022-07-04
        關(guān)鍵詞:實驗室

        晨陽

        采集火星巖石樣本的那些辛酸事

        印度《歐亞時報》7月2日稱,中國近日宣布天問一號火星探測器已經(jīng)完成其預(yù)定使命。報道注意到,天問_號項目負(fù)責(zé)人孫澤洲還透露了中國下一步火星探測計劃,準(zhǔn)備在2028嘵再執(zhí)行兩次發(fā)射任務(wù),并于2031年7月將火星樣本帶回地球?!爸袊鴮⒊蔀槿虻谝粋€實現(xiàn)火星取樣返回的國家,這比美國和歐盟的聯(lián)合計劃提早了兩年”。

        美國“太空”網(wǎng)站稱,相比美國航空航天局(NASA)和歐空局的火星取樣返回聯(lián)合項目,中國類似的火星探測計劃更為簡單,沒有派出火星車對不同地點進(jìn)行取樣的步驟。報道稱,中國已有了從月球上取樣返回的成功經(jīng)驗。嫦娥5號探測器于2020年12月登陸月球,隨后向地球送回自1976年蘇聯(lián)“月球24號”探測器以來的第一批月球樣品。

        但“太空”網(wǎng)站強(qiáng)調(diào),目前人類想從火星取樣返回還面臨很多技術(shù)難題。雖然現(xiàn)在中國和美國都成功派遣探測器在火星軟著陸并展開科學(xué)考察,但這只完成了火星取樣返回的第一步。

        該網(wǎng)站2日還詳細(xì)介紹了美國“毅力”號火星車在火星收集巖石樣本盼遇到的困難。目前它正在火星杰澤羅隕石坑的河流三角洲地區(qū)收集巖石樣本。根據(jù)NASA的聲明,科學(xué)家們認(rèn)為,如果這顆紅色星球上曾經(jīng)存在生命,那么該地區(qū)可能蘊藏著億萬年前火星古老生物留下的痕跡。但NASA近日在“毅力”號火星車的推特賬號上承認(rèn):“古老的河流三角洲的巖石令人驚嘆,但迄今為止,沒有一塊巖石適合于采樣。有些巖石過于脆弱,有些太參差不齊?!?/p>

        報道稱,水流沖擊形成的沉積巖最可能蘊藏火星生命線索,但選擇一塊恰好適合采樣的巖石是非常艱難的挑戰(zhàn)?!耙懔Α碧柊惭b有機(jī)械鉆頭,能將取出的巖芯封閉在樣品管中,但有時僅僅是取芯過程就可能導(dǎo)致巖石樣品破裂甚至破碎。事實上,“毅力”號在選擇取樣區(qū)域時,還必須考慮巖石的形狀和取樣角度,否則根本無法鉆孔。目前它遇到的就是這樣的麻煩一科學(xué)家已經(jīng)選好一塊被稱為“貝蒂”的層狀巖石,它位于三角洲底部,由交替的粗粒和細(xì)粒材質(zhì)組成。糟糕的是,“貝蒂”參差不齊的巖層和形狀,讓火星車無法安全地進(jìn)行鉆探。NASA科學(xué)家被迫選擇了另一塊巖石,但可能需要數(shù)天時間才能確認(rèn)它是否取樣。

        由于人類對火星表面的認(rèn)識非常有限,火星探測器已經(jīng)多次在火星鉆孔或取樣時遇到困難。早先NASA的“洞察”號著陸器試圖在火星地表打洞,但地表的堅硬程度超過了探測器的鉆探能力,以至于它在火星上的工作一度陷于停頓。2021年“毅力”號火星車首次在火星取樣時,雖然鉆孔成功了,一切設(shè)備也都運轉(zhuǎn)正常,但由于選擇的巖石的強(qiáng)度太軟,以至于無法收集巖芯樣本,首次取樣以失敗而告終。按照計劃,“毅力”號最終將收集36個裝有火星巖石的樣品管,并等待將它們送回地球?!?/p>

        用“二踢腳”模式 從火星發(fā)射火箭

        收集到足夠的火星巖石樣本后,如何將它們成功運回地球是另一個難題?!犊茖W(xué)美國人》網(wǎng)站稱,NASA已經(jīng)與川洛公司簽訂了一份價值1.94億美元的合同,以建造3米長的火星上升飛行器(MAV),這是一種小型火箭,旨在將“毅力”號收集的巖石樣本送入火星軌道。這將開創(chuàng)一系列人類歷史的“第一次”,難度之大可想而知。

        NASA噴氣推進(jìn)實驗室的克里斯?查特利爾是火星發(fā)射系統(tǒng)的首席工程師。他介紹說,這將是人類首次在地球以外的另一顆行星上發(fā)射火箭,MAV必須克服多重挑戰(zhàn)?!盎鹦堑囊χ挥械厍虻?/3,其稀薄大氣密度只有地球的1/100,因此從火星發(fā)射火箭完全不同于從地球發(fā)射火箭,也不同于之前從幾乎沒有重力和空氣的小行星上發(fā)射探測器?!彼€強(qiáng)調(diào),火星距離地球動輒數(shù)千方公里,MAV的起飛過程必須完全自主進(jìn)行。

        按照計劃,MAV將在2026年到2028年期間跟隨著陸器發(fā)射升空,經(jīng)過28個月的漫長旅途后,在火星的夏季著陸。洛?馬公司深空探索事業(yè)部負(fù)責(zé)人戴夫·莫羅說:“航天器需要在恰當(dāng)?shù)募竟?jié)到達(dá)火星,這樣就不會遇到沙塵暴。”

        最關(guān)鍵的部分來了。MAV抵達(dá)火星后,如何從火星表面升空呢?查特利爾說:“我們最初的設(shè)想是和地球發(fā)射一樣,讓火箭從著陸平臺上垂直起飛?!钡鸺痫w初期非常不穩(wěn)定,通常需要安裝發(fā)射導(dǎo)軌以穩(wěn)定姿態(tài)。但后者會增加額外的重量,無法滿足火星探測任務(wù)的需求。

        按照查特利爾的說法,目前的解決思路類似“二踢腳”,即首先將火箭以每秒5米的速度彈射到半空中,MAV在1秒后點燃發(fā)動機(jī),將籃球大小的樣本艙送到約400公里高的軌道。此后,歐空局制造的航天器將進(jìn)入火星軌道,回收樣本艙并開始返回地球之旅。在過去的兩年里,噴氣推進(jìn)實驗室團(tuán)隊已經(jīng)完成了23次模擬彈射試驗,證明了其可行性?!?/p>

        火星樣本會威脅地球安全嗎?

        即便克服重重困難將火星標(biāo)本帶回地球軌道,但如何讓它安全地返回地球,仍面臨很多技術(shù)難題。尤其是這些“未消毒的樣本”是否會對地球安全構(gòu)成威脅,已經(jīng)引起不小的爭議。

        美國《費城詢問者報》稱,科學(xué)家們希望將36個總重約1磅的火星巖石樣本帶回高度安全的實驗室,尋找火星古代微生物的跡象,為人們有朝一日踏上這顆紅色星球做準(zhǔn)備。NASA表示,正在采取一切措施防止地球受到任何污染,“樣品管本身不會被消毒,但儲存它們的容器將在太空中被消毒,并通過熱焊徹底封閉,直到它們在實驗室中打開”。相關(guān)實驗室類似研究高度傳染性病原體的生物實驗室,設(shè)置有多級凈化程序、空氣過濾系統(tǒng)和其他保障措施。

        報道稱,盡管NASA認(rèn)為回收火星巖石樣本的環(huán)境和安全風(fēng)險等級為“極低”,但“并不是每個人都對此表示贊同”。今年年初NASA就此征求公眾意見時得到約170條反饋,其中大多數(shù)持否定態(tài)度。有人反對說,“我們不知道這些樣本是否無菌。如果我們要把某種東西帶回地球,不管它們是否無菌,都應(yīng)該先做一些粗略的測試,看看是否帶有其他生物?!边€有人詢問,為什么不能先把火星樣本送到國際空間站進(jìn)行檢查。

        NASA表示,這些巖石樣本存在火星生命的可能性很低,因為當(dāng)前火星非常寒冷、干燥且受到高強(qiáng)度輻射,對生物而言“不適宜生存”。此外,預(yù)計將于2031年退役的國際空間站沒有進(jìn)行相關(guān)測試所需的精密設(shè)備。至于首先對樣本進(jìn)行消毒的建議,NASA更是明確表示反對,因為這可能會破壞有價值的信息,例如過去火星生命存在的痕跡。

        德國科技雜志《光譜》稱,著名天體生物學(xué)家史蒂文?本納支持NASA的決定。他表示,“我認(rèn)為沒有必要就火星樣本到達(dá)我們的星球后,為如何處理進(jìn)行冗長的討論?!薄白詮牡厍蛏铣霈F(xiàn)生命以來的35億年里,數(shù)以萬億計的來自火星的隕石不斷地降落在地球上。如果火星微生物存在并且可以對地球的生物圈造成嚴(yán)重破壞的話,那么它早已發(fā)生了?!薄?/p>

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