編譯 吳青

火星生命迄今仍然只存在于人們的想象中（寫意圖）

紅色星球——火星作為地球的鄰居，一直在引發(fā)人類的遐想。探測(cè)器發(fā)回地球的圖像表明，火星表面非?；臎?。但與地球一樣，火星也有沙漠、峽谷和山脈，只是火星的沙漠中沒有仙人掌，其他地方也不見生命跡象。那么，火星上難道從來沒有生命存在？

相似性

過去幾十年來，多部探測(cè)器環(huán)繞或著陸火星，尋找生命跡象。其中最值得一提的是好奇號(hào)火星車（以下簡稱“好奇號(hào)”）。2012 年9 月14 日，在著陸火星40 天后，它令科學(xué)家很意外地發(fā)現(xiàn)了火星曾存在河流的疑似證據(jù)——圓石。在地球上，河流會(huì)把尖利的石頭沖刷成圓石。那么，在火星上也會(huì)如此嗎？如果的確如此，就說明過去的火星有水，甚至今天的火星上也可能有水。在地球上，包括微生物在內(nèi)的所有生命都離不開水。那么，火星上是否存在或曾經(jīng)存在過微生物？

現(xiàn)有證據(jù)表明，火星在數(shù)百萬年前甚至數(shù)萬年前都可能存在過液態(tài)水?；鹦强胺Q一個(gè)個(gè)頭更小、溫度更低的地球姊妹。科學(xué)家認(rèn)為，39 億~35 億年前，火星溫暖而濕潤，當(dāng)時(shí)的地球也如此。既然當(dāng)時(shí)生命在地球上演化出來，并持續(xù)存在至今，那么火星是否也誕生過生命呢？

生命的組成包括碳、氫、氮、氧、磷、硫等元素。在地球上，幾乎所有生命99%的構(gòu)成都是這些元素。好奇號(hào)提取火星土壤樣本進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)這些元素在火星上大量存在。

沉積物

基于好奇號(hào)的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家設(shè)計(jì)了毅力號(hào)火星車（以下簡稱“毅力號(hào)”），計(jì)劃讓它探索火星表面此前未被探索過的一個(gè)區(qū)域——耶澤羅隕石坑。環(huán)繞飛行器對(duì)火星的掃描表明，該隕石坑曾經(jīng)是一個(gè)三角洲，它形成于大約30億年前，而且它位于源自西北方向的一條蜿蜒“河道”的盡頭。換句話說，河水可能曾灌滿耶澤羅隕石坑，形成一個(gè)大湖。

在地球上，三角洲形成于一條河流與一個(gè)更大水體的交匯處，河流沉積物會(huì)堆積在三角洲底部。把地球上某處三角洲底部的泥漿樣本放在顯微鏡下，可見其中含有大量微生物，其中一些微生物的出現(xiàn)時(shí)間甚至比恐龍還早?？铸?jiān)缫褱缃^，而這些微生物至今仍存在，可見它們的生命何其堅(jiān)毅。

幾十億年前，火星上就算有生命，也不可能是恐龍這樣的大型動(dòng)物，因?yàn)楫?dāng)時(shí)地球上也沒有任何大型動(dòng)物。所以，當(dāng)時(shí)的火星上如果有生命就一定是微生物，而它們會(huì)在巖石中留下證據(jù)。那么，應(yīng)該在火星上尋找什么類型的巖石來發(fā)現(xiàn)這種證據(jù)呢？

耶澤羅隕石坑曾經(jīng)可能是水世界（想象圖）

毅力號(hào)全景照（想象圖）

地球給了科學(xué)家啟發(fā)。在澳大利亞西部，他們發(fā)現(xiàn)了奇異的疊層石，這些巖石中有成堆的微生物化石——這不奇怪，因?yàn)榀B層石通常形成于淺水環(huán)境中，而細(xì)菌等微生物能在這樣的環(huán)境中繁衍。細(xì)菌細(xì)胞含有的黏性物質(zhì)會(huì)吸附沉積物、泥漿或沙石，這樣的細(xì)菌層層堆積在疊層石中。

黑燧石

毅力號(hào)的取樣管

毅力號(hào)用取樣管在火星上取樣（想象圖）

取樣管

科學(xué)家猜測(cè)，耶澤羅隕石坑中可能也有疊層石。為了尋找這種巖石，科學(xué)家給毅力號(hào)配備了23 部相機(jī)，它們不僅能觀察各方向，而且能分辨鹽粒大小的巖石。其中兩部相機(jī)位于毅力號(hào)的機(jī)械臂上。除了尋找疊層石，毅力號(hào)還要尋找黑燧石，這種巖石的內(nèi)部有黑色斑點(diǎn)，它們其實(shí)是細(xì)菌細(xì)胞的化石。雖然在巖層中鉆取黑燧石的難度很大，但科學(xué)家不遺余力地為毅力號(hào)配備了具有鉆取黑燧石能力的鉆頭。

然而，就算毅力號(hào)能提取疊層石和黑燧石，它也沒有能力當(dāng)場(chǎng)查證這些巖石中是否包含古代微生物存在的證據(jù)。因此，這些巖石樣本需要被送回地球做檢測(cè)。毅力號(hào)上有40 多根取樣管，它們位于機(jī)械臂末端的鉆機(jī)內(nèi)。復(fù)雜的設(shè)計(jì)讓鉆機(jī)不僅能鉆進(jìn)各種巖石，而且能保證在不導(dǎo)致樣本碎裂的情況下取樣。樣本被送回毅力號(hào)上拍照、估算樣本量，然后被封閉并妥善保存。

毅力號(hào)取樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和測(cè)試花了7 年時(shí)間。在此期間，毅力號(hào)整體被隔離于一個(gè)純凈環(huán)境中，目的是保證毅力號(hào)不會(huì)造成地球物質(zhì)污染火星，而且保證未來毅力號(hào)從火星帶回的是純凈的樣本。為了做到這點(diǎn)，科學(xué)家對(duì)潔凈室進(jìn)行仔細(xì)解構(gòu)，以杜絕污染源。在潔凈室內(nèi)，手套和工作裝定期更換，電腦嚴(yán)格消毒，手機(jī)不得帶入。

毅力號(hào)的取樣管外觀像試管，但取樣管的內(nèi)、外表面都有氮化鈦涂層來阻止有機(jī)化合物附著?？茖W(xué)家說，這些取樣管堪稱地球上最干凈的物品。

機(jī)靈號(hào)

為了確保毅力號(hào)將來能在火星上正常運(yùn)作，科學(xué)家制作了與毅力號(hào)一模一樣的樂觀號(hào)來進(jìn)行地面測(cè)試，測(cè)試環(huán)境幾乎完全模擬火星環(huán)境。此外，按照計(jì)劃，在毅力號(hào)著陸火星幾個(gè)月后，它會(huì)釋放機(jī)靈號(hào)微型直升機(jī)（以下簡稱“機(jī)靈號(hào)”）在火星地表上空飛行，這將是人類在外星上的又一創(chuàng)舉。

讓直升機(jī)在火星上飛行的難度極大，因?yàn)榛鹦谴髿饷芏冗B地球大氣的1%都不到。直升機(jī)飛行首先要有升力，而升力通過槳葉推動(dòng)空氣來產(chǎn)生。槳葉位于直升機(jī)頂部，其角度設(shè)計(jì)得能把氣流向下引導(dǎo)。隨著槳葉旋轉(zhuǎn)，槳葉頂部氣壓下降，下方氣壓上升，這種氣壓差導(dǎo)致直升機(jī)上升。

地球的稠密大氣讓直升機(jī)飛行起來并不困難。但在火星上，要讓直升機(jī)飛起來卻不容易。為此，科學(xué)家給機(jī)靈號(hào)設(shè)計(jì)了大大的槳葉，而且槳葉轉(zhuǎn)速很快，機(jī)靈號(hào)本身質(zhì)量也很輕。2018 年，在一個(gè)被抽出了大部分空氣的實(shí)驗(yàn)艙中，機(jī)靈號(hào)飛行測(cè)試取得成功。如果機(jī)靈號(hào)能按計(jì)劃在火星上多次飛行，那么就能為未來的火星航天員提供寶貴的行進(jìn)線路規(guī)劃信息。

機(jī)靈號(hào)直升機(jī)在火星上飛行（想象圖）

莫克西

毅力號(hào)上還有個(gè)“乘客”可能有助于把一個(gè)科學(xué)幻想——在外星生產(chǎn)氧氣變成現(xiàn)實(shí)。這個(gè)“乘客”就是名為“莫克西”的一只金盒，它將測(cè)試有沒有可能把火星大氣轉(zhuǎn)化為可呼吸的空氣?；鹦谴髿獠粌H很稀薄，而且富含二氧化碳，因此無法供人類呼吸。莫克西將分離出二氧化碳中的氧原子，讓氧原子兩兩結(jié)合形成氧氣分子。

實(shí)際上，讓飛船攜帶供火星之旅的航天員呼吸的氧氣并不難，因?yàn)樵诨鹦禽d人任務(wù)中，航天員呼吸的氧氣僅占火箭攜帶總氧量的很小一部分，而絕大部分氧是作為火箭助燃劑的液氧。僅憑人類現(xiàn)有的火箭推力，很難讓火箭一次性攜帶足夠火箭前往火星和飛船返航地球時(shí)所需的液氧。因此，如果能在火星地表就地取材制氧，就能大大降低人類往返地球和火星的難度。未來人類真能做到這一點(diǎn)嗎？莫克西號(hào)可能會(huì)給出答案。

莫克西金盒

未來航天員在火星上制氧（想象圖）

取樣號(hào)

毅力號(hào)提取的火星巖石樣本將怎樣被送回地球呢？目前的計(jì)劃是，在毅力號(hào)著陸火星后十年內(nèi)，讓取樣著陸器前往火星，把樣本接回地球。如果到時(shí)候毅力號(hào)依然在正常運(yùn)作，那么它可以保存樣本，直到取樣著陸器到來后才把樣本交給對(duì)方。但是，如果毅力號(hào)到那時(shí)已經(jīng)失靈，交不出樣本怎么辦？因此，有科學(xué)家希望毅力號(hào)提前把樣本放到地面上，等取樣著陸器來取走。

如果是后一種情況，那么毅力號(hào)在將樣本放到火星表面后，會(huì)在周圍行駛小段距離，在此期間拍攝大量照片，精確記錄樣本所在地點(diǎn)。這樣一來，就便于取樣著陸器到來后立即取走樣本。這說起來簡單，操作起來卻并不容易，因?yàn)樾枰又懫髯约罕孀R(shí)取樣管。所以，科學(xué)家必須為取樣著陸器設(shè)計(jì)復(fù)雜的拍照辨識(shí)功能。另外，如果毅力號(hào)提前將樣本放到火星表面，那么時(shí)間一長，樣本周圍肯定會(huì)因火星沙塵暴而堆積沙塵，如此一來，取樣著陸器識(shí)別樣本的難度更大。

取樣著陸器發(fā)射情景（想象圖）

一旦取得樣本，取樣著陸器將把它們放進(jìn)一枚小型火箭內(nèi)部。至此，最大的挑戰(zhàn)一是在火星表面發(fā)射火箭，二是這枚火箭升空釋放樣本后，地球返回軌道器需要準(zhǔn)確完成抓取。樣本進(jìn)入地球返回軌道器之后會(huì)被層層保護(hù)，這一過程涉及一系列機(jī)制和設(shè)備，但好在科學(xué)家已經(jīng)有提取月球樣本并送回地球的經(jīng)驗(yàn)。

新篇章

提取樣本并返回會(huì)是很久之后的事，而怎樣讓毅力號(hào)安全著陸火星上的耶澤羅隕石坑才是科學(xué)家首先要考慮的難題，畢竟這個(gè)隕石坑很大又很深，坑壁陡峭。2019 年5 月，在地球上一個(gè)與耶澤羅隕石坑很有可比性的地方——死亡谷，科學(xué)家測(cè)試了毅力號(hào)的自動(dòng)著陸系統(tǒng)。值得一提的是，之前的著陸器都只有一部電腦來指導(dǎo)著陸全過程，而毅力號(hào)有兩部電腦聯(lián)合指導(dǎo)著陸。測(cè)試結(jié)果表明，毅力號(hào)應(yīng)該能完成著陸任務(wù)。

2020 年3 月，意外情況導(dǎo)致毅力號(hào)的發(fā)射時(shí)間可能推遲。這讓科學(xué)家很著急，因?yàn)橄蚧鹦前l(fā)射探測(cè)器有時(shí)間窗口問題：每兩個(gè)地球年火星環(huán)繞太陽一圈，因此在每兩年中一段時(shí)間內(nèi)地球與火星挨得最近，這段時(shí)間就是發(fā)射窗口期。要是錯(cuò)過一個(gè)發(fā)射窗口期，就得再等兩年發(fā)射，其時(shí)間成本非常高昂。

2020 年7 月30 日，毅力號(hào)終于發(fā)射升空。開始了歷時(shí)近7 個(gè)月的前往火星之旅。2021 年2 月18 日，在距離地球2.9 億千米的地方，毅力號(hào)著陸火星。著陸期間，科學(xué)家看不到毅力號(hào)的圖像，但導(dǎo)航數(shù)據(jù)證實(shí)毅力號(hào)在打開降落傘后明顯減速，不過減速后的速度仍然高達(dá)320 千米/時(shí)。此時(shí)，毅力號(hào)與自己的防熱罩分離，防熱罩掉落，毅力號(hào)開始拍攝火星地表。在最終著陸前，毅力號(hào)點(diǎn)燃制動(dòng)火箭，開啟天空起重機(jī)。

毅力號(hào)成功著陸后，傳回了自己的著陸圖像。由此，對(duì)火星生命的探索開啟新篇章，但依然任重道遠(yuǎn)。

毅力號(hào)登陸火星（想象圖）

登陸火星一年后的毅力號(hào)