寻宝行动

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来源：《大自然探索》2017年第05期

这就是斯特茨纳团队的作用所在。他们从零开始，试图梦想出最好的样本采集系统。他们的初期构想包括一些很大胆、但也不成熟的意图，例如为火星车配置多条机械臂，部署不同的科学仪器。最后，他们的决定是这样一种系统：火星车把机械臂伸向一块岩石，钻探并提取15克样本，然后对装样本的金属管进行密封，把它存储在火星车内部。这整个过程都发生在1小时内，目的是减少样本暴露在火星大气和可能的样本污染中的时间。

新火星车将搭载足够的采样保障物，以充填和密封至少31根金属管，其中每根长约14厘米，直径2厘米。为以防万一，新火星车还会搭载多根备用金属管。并非所有这些金属管都将容纳火星样本。其中一些金属管将充当“证人”，它们装的是铝筛或陶瓷，目的是捕捉环境污染物。在前往火星的路途中，其中一根金属管将不被覆盖，目的是捕捉在飞船飞行过程中可能蒸发的物质。这根金属管将在飞船抵达火星时被密封。其他金属管将在到达火星表面后的不同时间依次打开，目的是收集在每个采样地点空气中的扰动情况。随后，科学家将得以运用“证人”管子来确定钻取的样本是否被污染，以及污染的时间。

火星2020任务团队只是在最近才决定采用证人管的，这一决定是根据一些学者的建议，这些学者未来将可能研究被送回地球的火星样本。总之，一定要尽量确保采集超纯净火星样本。到了这些金属管被制造、消毒、烤制和放进飞船内之时，它们或许将是地球上最纯净的小环境。对样本的无机、有机和生物学要求合在一起，共同使得2020火星取样任务如此具有挑战性，在美国宇航局迄今为止执行的太空任务中如此独一无二。

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为了尽量不让地球微生物污染其他行星或卫星，其他空间飞船已经达到了很高的洁净度。早在20世纪70年代，美国宇航局的“海盗号”火星登陆器搭载的主要仪器就经历过溶剂消毒，还在氦气中被烤了4天。欧洲空间局的“外火星号”火星车计划采取类似的保护性消毒举措，并计划也在2020年发射，以搜寻过去火星生命的迹象。中国也计划在2020年发射火星车。 美国宇航局的2020火星取样任务不得不超越往常的天体保护要求，以确保被送回地球的样本的科学纯洁度。对这些样本的处置，可能会比对由“阿波罗号”飞船带回地球的月球样本的处置还仔细。

不得不承认，没有办法确保飞船绝对干净。实际上，科学家正在决定哪种污染程度可以接受。无论是有机物还是无机物，其污染都必须被控制在某种程度以下。有科学家建议，任何样本污染都不能超过总有机碳的一亿分之四。

钻头的钻齿是由氮化钨制成的，因此样本将无可避免地被钨污染。这意味着未来科学家不能使用依赖于钨和铪的放射性衰减系统来测定火星岩石的年代，而不得不选择其他方法来为这些岩石测年。

另一个考虑是，在这些金属管等待被送回地球期间，它们在火星表面的温度可能会变高。为此，科学家正在检测科学信息在不同温度下的丢失情况。他们的结论是，60℃是可以接受的上限，超过这一限度，一些有机化合物就开始降解，一些矿物质开始分解，还有其他一些改变，研究价值自然就会打折。因此，工程师们决定用氧化铝覆盖这些金属管，目的是反射阳光，保持金属管温度在60℃以下。

美国宇航局尚未最终决定把火星样本送回地球的任务，但如果样本真能返回地球，科学家就会使用一系列技术来测试火星生命的可能性。他们将寻找蛋白质的前驱物——氨基酸，还要寻找其他复杂的有机化合物。另一些证据可能将来自于重要分子的同位素比例，在地球上，这些比例能提供生物学过程的清晰信号。科学家并不认同哪一种组合测量能证明火星生命的存在，但通过对火星岩石及其包含物的一系列观测，科学家或许能对有无生命或是否曾有过生命，提出一个令人信服的结论。

当然，这并不是一件容易事。身为2020火星取样项目主要科学家之一的法利，是一位地质化学家，他的研究方向是宇宙射线怎样改变岩石的化学组成。因此，他担忧任何可能存在的火星有机化合物，都可能因为躺在在火星表面附近而降解了数百万年。为获得最佳样本，一种策略是把取样地点定在火星表面的悬崖底部，在那里，当高处岩石坠落并分裂后，新鲜材料会暴露出来。

美国宇航局打算，在1～1.5个火星年中采集20个精挑细选的样本，并对之做详细记录。这意味着，新火星车必须在许多可能的取样地点之间行驶，还要从一系列不同的地质环境中分析可能产生最有用信息的环境是哪一个。在采集样本过程中，新火星车可能需要把采样金属管存放在多个采样点的地面上。

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在火星表面的4年半中，“好奇号”火星车仅仅钻探了15个洞，行驶了16千米多一点。2020火星取样任务不仅要进行更多钻探，而且要让新火星车跑更多的路，行驶速度也快得多。怎样做到这一点？也是科学家快马加鞭、绞尽脑汁的研究内容之一。

在这幅火星样本返回任务示意图中，显示了飞船登陆火星的6个设想步骤。美国宇航局与欧空局合作，计划在2020年之后实施这项任务。

A 减速伞舱依然与巡航火箭连接。在飞船从地球飞往火星的过程中，巡航火箭为飞船提供电力和机动。

B 在丢弃巡航火箭后，减速伞利用与火星大气的摩擦力减速。在从火星大气上层往下坠落过程中，减速伞保护其内部的飞行系统其他部件不受热损伤。 C 在第三阶段，飞船的降落伞让下降过程进一步减速。

D 在与降落伞和减速伞分离后，下降火箭上的制动火箭点火，控制降至地面最后阶段的速度。

E 下降火箭开始把系在缆绳上的登陆器往下传递。下降最后阶段的关键步骤时间点，由有关飞船高度和速度的雷达输入决定。

F 搭载火星车和上升飞船的登陆器登陆火星，连接缆绳被割断，与登陆器相连的下降火箭飞走。

登陆后，火星车将把之前存储的火星样本传递至上升飞船。上升飞船搭载着样本飞离火星表面，与停泊在轨道中的一艘飞船对接，后者将把样本送回地球。