[读懂科学]“价值数十亿美元的火星样本，非带回地球不可吗？”

Published 05 Apr.2023 10:13(KST)

Updated 17 Apr.2023 16:56(KST)

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2027年火星轨道回收探测器即将发射
数个月内NASA-ESA将就最终蓝图达成一致
庞大预算与技术难题令人头疼
2033年能否实现样本回收计划受关注

“为了带回几块火星岩石碎片，真的非得花上数十亿美元吗？”以2030年代初为目标推进的火星样本回收项目，正因技术难题和财政问题陷入困境。

据国际学术期刊《自然》（Nature）5日报道，美国航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）正为火星样本回收项目头疼不已。由于技术难度高、财政负担沉重，该项目预计将耗资数十亿美元。

美国国家航空航天局（NASA）的火星探测漫游车“毅力号”投放采集到的土壤、岩石和空气样本的位置。照片由 NASA 提供

目前，火星样本采集这一第一阶段已基本结束。NASA于2021年2月在火星着陆的“毅力号”火星车，已采集岩石、土壤、空气等样本，其中10个被封装在玻璃管中，并于去年12月和今年1月分两次撒放在火星表面。NASA和ESA的回收基本方案也已拟定。首先，最早在2027年前后，ESA将发射火星轨道器。一年后，NASA将发射着陆器，收集样本后装载在火箭上，送往绕火星飞行的ESA轨道器。ESA轨道器接收火星样本后，最快将在2033年前后携带样本返回地球，降落在美国犹他州沙漠。

问题在于，由于过程如此复杂，存在诸多技术障碍。首先，必须解决从火星回收样本后，将其送往轨道器所需火箭的开发，以及为收集样本而必须配备的小型直升机的研制。在火星上以微弱的重力（地球的三分之一）和稀薄的大气（地球的百分之一）条件下发射火箭，对习惯于地球环境的科学家而言绝非易事。尤其是，为防“毅力号”失灵，需要研制能够代为收集样本并送至着陆器的小型直升机，这也是一大难题。尽管伴随“毅力号”同行的火星直升机“机智号”（Ingenuity）在飞行技术方面已做出一定验证，但要在准确确认样本位置后，从地面挖取、捕获并运送至着陆器，并非寻常工作。

将要投入的天文数字级别预算同样是一大难关。NASA上月为火星样本回收项目提出，仅明年一年就需要约10亿美元（约合1.31万亿韩元）。完成整个项目预计将耗资数十亿美元。或许正是出于这一考量，NASA在上月13日提议，将原计划为火星样本回收制造的两架小型直升机缩减为一架。由于火星样本回收项目，其他研究计划也面临被压缩的风险。事实上，NASA计划为填补该项目预算缺口，将推迟为执行空间天气观测任务而提议的“空间动力学星座”（Geospace Dynamics Constellation，GDC）卫星发射。约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室行星科学家Louise Prockter指出：“问题在于，究竟还要追加多少预算，以及这将对NASA正在推进的其他项目和研究产生何种影响，目前都不确定。”

与此同时，由NASA喷气推进实验室（JPL）负责火星样本回收项目，也被视为一大不安因素。喷气推进实验室目前正饱受工作过载之苦。该实验室正在执行对估值高达1000京的金属型小行星“灵神星”（Psyche）的探测任务，原计划于去年发射，但因技术问题推迟至明年10月。此外，金星探测任务也处于暂时中止状态。

为解决上述堆积如山的课题，NASA和ESA计划在数月内协调火星样本回收项目的细节，并完成第一轮成本评估。此外，NASA还决定在原本由俄罗斯协助发射的火星车——“罗莎琳德·富兰克林火星车”（Rosalind Franklin Mars Rover）任务中改为与ESA合作。NASA自身也计划派出继“毅力号”之后的另一支探测队。围绕来自未知世界——火星的样本是否可能存在风险因素，NASA将制定审查和防疫程序并开展研究等相关准备工作。

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“毅力号”于2021年2月在火星耶泽罗陨石坑着陆后，迄今已行驶约17公里，采集了有望揭示火星地质形成过程、组成成分以及古代生命存在证据的各类样本。其中部分样本被推测为岩浆熔化后凝固形成的火成岩，有望用于推断火星表面形成的年代。此外，在霍格沃洛平原和“尤里隘口”（Yori Pass）发现的岩石样本，被认为是流水作用形成的沉积岩。在地球上，沉积岩与适宜生命生存的环境密切相关。还有分析指出，在“毅力号”采集的岩石中发现的硫酸盐，也提高了若古代生命曾经存在，则其有机物痕迹可能保存在这些岩石中的可能性。上月30日，在耶泽罗陨石坑内古代三角洲顶部采集的第19件样本也备受关注。测量结果显示，这块岩石样本中富含另一种能够良好保存古代生命有机物痕迹的矿物——碳酸盐。

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。