NASA “火星車們”：尋找紅色星球上水和生命的痕跡

北京時(shí)間3月19日消息，對(duì)人類旅行者來(lái)說(shuō)，太空探索的標(biāo)志性時(shí)刻發(fā)生在半個(gè)世紀(jì)前，當(dāng)時(shí)尼爾·阿姆斯特朗在月球上留下了第一個(gè)人類腳印。但是，如果你不介意人類被機(jī)器人取代的話，那么，最偉大的太空探索時(shí)代此時(shí)就在火星上展開(kāi)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的“好奇號(hào)”火星車在塵土飛揚(yáng)的鐵銹色火星表面行駛，留下的車轍以摩斯電碼拼出了“J-P-L”。這是NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory）的縮寫。正是在這個(gè)研究中心，NASA的科學(xué)家和工程師們?cè)O(shè)計(jì)并建造了“好奇號(hào)”（Curiosity）及之前的三臺(tái)火星漫游車。截至目前，所有這些火星車已經(jīng)完成了75公里的旅程，極大地?cái)U(kuò)展了我們對(duì)火星環(huán)境的認(rèn)識(shí)，也為在宇宙中尋找外星生命提供了動(dòng)力。

火星探路者號(hào)著陸器傳回的圖像被拼接在一起，形成了一幅奇怪的全景圖

無(wú)論火星車去到哪里，都會(huì)有令人意想不到的發(fā)現(xiàn)。它們觀察到了干涸的河流、湖泊和災(zāi)難級(jí)別的水流痕跡，表明在35億年前，火星的火山活動(dòng)頻繁，液態(tài)水充足。它們還發(fā)現(xiàn)了令人費(fèi)解的大氣變化，暗示著一些未知的化學(xué)過(guò)程直到今天仍在進(jìn)行?；鹦擒嚝@得的證據(jù)表明，如果在看似貧瘠的火星表面向下挖掘，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一顆生機(jī)勃勃的——甚至仍然存在生命——的行星。

到目前為止，大多數(shù)火星任務(wù)都是著陸器，目標(biāo)定在某個(gè)特定地點(diǎn)。大多數(shù)任務(wù)（包括蘇聯(lián)的每一次嘗試）都以失敗告終。不過(guò)，美國(guó)國(guó)家航空航天局的5臺(tái)火星車都成功登陸并運(yùn)行，盡管目前只有“好奇號(hào)”和“洞察號(hào)”仍在執(zhí)行任務(wù)。2020年夏天，我們可能會(huì)見(jiàn)證三臺(tái)不同的火星探測(cè)車發(fā)射，它們分別是NASA的“火星2020”探測(cè)車、歐洲空間局的“羅莎琳德·富蘭克林”（Rosalind Franklin，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者之一）火星車和中國(guó)的“火星一號(hào)”探測(cè)車。

旅居者號(hào)（1997年7月4日至9月27日）

美國(guó)國(guó)家航空航天局的旅居者號(hào)（Sojourner）是一臺(tái)小巧可愛(ài)的火星探測(cè)車，幫助該機(jī)構(gòu)第一次在互聯(lián)網(wǎng)上引起了轟動(dòng)。這輛六輪火星車只有10.6千克重，車頂裝有太陽(yáng)能電池板。旅居者號(hào)的母飛船為火星探路者號(hào)（Mars Pathfinder）著陸器，登陸之后，旅居者號(hào)部署了一個(gè)小型氣象站，用立體攝像機(jī)掃描周圍環(huán)境，并檢查了巖石和土壤的成分。7月7日，旅居者號(hào)的頁(yè)面瀏覽量達(dá)到了8000萬(wàn)次，這在互聯(lián)網(wǎng)剛剛起步的時(shí)候是一個(gè)巨大的成功。

旅居者號(hào)為后來(lái)的機(jī)器人火星探索建立了模板。在旅居者號(hào)的探險(xiǎn)地圖上標(biāo)有日期，標(biāo)明著陸后的火星日數(shù)?；鹦翘铰氛咛?hào)著陸器傳回的圖像被拼接在一起，形成了一幅奇怪的全景圖?；鹦巧系拿恳惶於际?4小時(shí)37分鐘，這要求NASA的地面漫游車適應(yīng)火星上不同的晝夜周期。這次任務(wù)的持續(xù)時(shí)間也比預(yù)計(jì)的長(zhǎng)得多：83天，而不是原計(jì)劃的7天。和所有的火星車一樣，旅居者號(hào)被派往一個(gè)曾經(jīng)有豐富水源的地方。地球上的生命需要水才能生存，而目前的假設(shè)是，火星上如果存在任何生命，應(yīng)該也都會(huì)以同樣的方式生存。旅居者號(hào)著陸后，NASA的科學(xué)家們提出了一句箴言，“隨水而行”，來(lái)指導(dǎo)他們的火星調(diào)查。

在旅居者號(hào)的著陸點(diǎn)環(huán)顧四周，你可能看不出那里曾經(jīng)是一片廣闊的洪泛區(qū)，位于兩股巨大外流河道——阿瑞斯谷和提爾谷——之間。在旅居者號(hào)到達(dá)之前，行星科學(xué)家懷疑那里的水道是數(shù)十億年前一場(chǎng)災(zāi)難性的洪水造成的。在圍繞著陸點(diǎn)進(jìn)行的短途旅行中，旅居者號(hào)發(fā)現(xiàn)了圓形的巖石，暗示著該地區(qū)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都存在流水，也許是連接古代海洋和內(nèi)陸海洋的一系列通道的一部分。對(duì)于火星生命的搜尋來(lái)說(shuō)，這是個(gè)好消息。

勇氣號(hào)（2004年1月4日至2010年3月22日）

讓我們繼續(xù)在火星上行進(jìn)?！坝職馓?hào)”和它的孿生兄弟“機(jī)遇號(hào)”一起，標(biāo)志著NASA的機(jī)器人火星探測(cè)技術(shù)的重大升級(jí)。勇氣號(hào)攜帶了一個(gè)核動(dòng)力加熱器來(lái)維持溫度，從而能將從太陽(yáng)能板獲得的所有電力都輸送給科學(xué)儀器，并進(jìn)行長(zhǎng)距離的活動(dòng)。按原先的涉及，勇氣號(hào)的任務(wù)將持續(xù)90天，行程至少為600米。在2009年5月1日被困在沙里之前，勇氣號(hào)火星車已經(jīng)運(yùn)行了7.7公里，之后它在原地又工作了一年。

在2009年5月1日被困在沙里之前，勇氣號(hào)火星車已經(jīng)運(yùn)行了7.7公里，之后它在原地又工作了一年

勇氣號(hào)的探索之旅始于一個(gè)名為“古瑟夫”（Gusev）的隕石撞擊坑。小行星撞擊火星的熱量融化了地下冰，可能導(dǎo)致了這里的洪水泛濫。該撞擊坑覆蓋的區(qū)域如此之廣，以至于科研團(tuán)隊(duì)不得不一直為不同的地貌取名，從而保持方向感。其中許多名字，包括哥倫比亞山，都是為了紀(jì)念挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)在2003年的失事；有些名字則不大正式，比如一處露出地表的巖層就被稱為“本壘板”（Home Plate），因?yàn)榕c棒球場(chǎng)本壘板十分相似。

在那漫長(zhǎng)的探索過(guò)程中，勇氣號(hào)記錄了更多關(guān)于古代流水的證據(jù)。這些證據(jù)如此之多，以至于在科學(xué)記者中間出現(xiàn)了一個(gè)流傳很久的笑話：NASA的每一次新聞發(fā)布會(huì)都要宣布在火星上“發(fā)現(xiàn)”了水。哥倫比亞山的巖石很明顯是被水流改變的，而“本壘板”則主要是火山巖。勇氣號(hào)被困的具體地點(diǎn)——被稱為“Gertrude Weise”，以全美女子職業(yè)棒球聯(lián)盟的一名球員的名字命名——覆蓋著硅沉積物，可能是在有溫泉存在的情況下形成的。換句話說(shuō)，勇氣號(hào)被困在火星曾經(jīng)溫暖濕潤(rùn)的直接證據(jù)中。

機(jī)遇號(hào)（2004年1月25日至2018年6月10日）

在勇氣號(hào)登陸三周后，其“孿生兄弟”機(jī)遇號(hào)在火星的另一邊著陸，并在這個(gè)新世界創(chuàng)造了一項(xiàng)至今未被打破的長(zhǎng)距離駕駛記錄。在超過(guò)14年（它設(shè)計(jì)壽命的60倍）的時(shí)間里，機(jī)遇號(hào)行駛了45.16公里。相比之下，由阿波羅17號(hào)宇航員駕駛的最長(zhǎng)的月球之旅，使用的是一輛大得多的月球探測(cè)車，行程為35.7公里。

在勇氣號(hào)登陸三周后，其“孿生兄弟”機(jī)遇號(hào)在火星的另一邊著陸，并在這個(gè)新世界創(chuàng)造了一項(xiàng)至今未被打破的長(zhǎng)距離駕駛記錄

機(jī)遇號(hào)的著陸點(diǎn)為鷹撞擊坑，位于名為“子午線高原”的廣闊平原上。這臺(tái)火星車迅速補(bǔ)充了更多細(xì)節(jié)，讓我們對(duì)火星上長(zhǎng)期消失的水有了更深的認(rèn)識(shí)。例如，機(jī)遇號(hào)發(fā)現(xiàn)了一些藍(lán)色的小球狀巖石，它們被稱為“藍(lán)莓”，這種外形必須在有積水的地方才能形成。與勇氣號(hào)一樣，機(jī)遇號(hào)也配備了鉆孔工具和顯微攝像機(jī)，以便對(duì)巖石進(jìn)行詳細(xì)分析。結(jié)合化學(xué)傳感器的其他數(shù)據(jù)，這一發(fā)現(xiàn)有力地證實(shí)了火星曾經(jīng)擁有一個(gè)更厚的大氣層，其表面也具有豐富的水?？的螤柎髮W(xué)的史蒂夫·斯奎爾斯（Steve Squires）當(dāng)時(shí)曾說(shuō)：“我們認(rèn)為，機(jī)遇號(hào)就停在火星一個(gè)咸海的海岸線上?！?/p>

機(jī)遇號(hào)的史詩(shī)之旅還包括游覽維多利亞撞擊坑，并在巨大的努力撞擊坑外圍進(jìn)行了一次短途旅行，最后，它被一場(chǎng)全球性的火星沙塵暴擊倒，其太陽(yáng)能電池板被擋住，無(wú)法接觸到陽(yáng)光。機(jī)遇號(hào)還路過(guò)火星上的幾塊隕石，包括一大塊名為“防熱護(hù)盾巖”（Heat Shield Rock）的金屬，顯示了火星如何遭受小行星的撞擊。

好奇號(hào)（2012年8月6日至今）

NASA至今最出色的火星車正是建立在過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)之上。與優(yōu)雅的旅居者號(hào)相比，好奇號(hào)顯得有點(diǎn)笨重，但卻更加強(qiáng)大。好奇號(hào)重900千克，裝有一臺(tái)用于發(fā)電的核能發(fā)電機(jī)，還有17臺(tái)攝像機(jī)，包括一臺(tái)地質(zhì)相機(jī)和一臺(tái)名為ChemCam的化學(xué)相機(jī)。它甚至能發(fā)射激光束來(lái)蒸發(fā)巖石并檢測(cè)其成分。此外，它還配備了6個(gè)有特殊花紋的輪胎，每個(gè)50.8厘米寬，正是用這些輪胎在沙地上留下了JPL的摩斯電碼。

隨著大量圖像的涌入，“好奇號(hào)”已經(jīng)走過(guò)了21.6公里。從地圖上可以看到，任務(wù)科學(xué)家們已經(jīng)有點(diǎn)瘋狂，他們給每一塊巖石都起了名字，給好奇號(hào)經(jīng)過(guò)的每一個(gè)地方起了名字。好奇號(hào)在蓋爾撞擊坑的著陸點(diǎn)也是在早期任務(wù)收集的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上確定的。蓋爾撞擊坑有35億年的歷史，直徑150公里，后來(lái)充滿了濕沉積物和塵埃，然后又遭到侵蝕。這種不同尋常的地質(zhì)環(huán)境使好奇號(hào)得以在繞著撞擊坑行駛的同時(shí)，研究火星歷史上的不同時(shí)期。

從地圖上可以看到，任務(wù)科學(xué)家們已經(jīng)有點(diǎn)瘋狂，他們給每一塊巖石都起了名字，給好奇號(hào)經(jīng)過(guò)的每一個(gè)地方起了名字

好奇號(hào)堪稱一名出色的外星地質(zhì)學(xué)家，它游覽了怪異的火星沙丘，記錄了奇特的巖層和礦物鹽類，并證明了其著陸點(diǎn)附近的地區(qū)曾經(jīng)是一條河流或一個(gè)湖泊的河口，這些河流或湖泊會(huì)間歇性地泛濫和干涸。好奇號(hào)的項(xiàng)目科學(xué)家約翰·格羅青格（John Grotzinger）以NASA一貫樂(lè)觀的態(tài)度得出結(jié)論，“這里的條件曾經(jīng)適合生命存在”。好奇號(hào)還發(fā)現(xiàn)了火星大氣中氧和甲烷的令人費(fèi)解的變化，這可能是生物活動(dòng)的跡象。但在尋找真正的生命或其遺骸的過(guò)程中，好奇號(hào)的進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)又讓事情變得不確定起來(lái)。

幸運(yùn)的是，NASA的下一個(gè)火星探測(cè)器（暫時(shí)稱為“火星2020”）即將投入工作。它將配備專門用于尋找有機(jī)物質(zhì)（比如與生物學(xué)有關(guān)的碳基化合物）的工具。僅僅找到有機(jī)物還不足以證明火星的過(guò)去或現(xiàn)在存在生命，因此火星2020探測(cè)車還有另一個(gè)方法。它將把最有希望的樣品放入存儲(chǔ)管，保存起來(lái)，由未來(lái)的火星任務(wù)中帶回地球。通過(guò)這些樣品，科學(xué)家或許能找到微化石，或進(jìn)行更為靈敏的化學(xué)研究，并最終揭示火星到底有沒(méi)有生命存在。