解释：为什么火星对科学家和我们所有人的冒险家如此感兴趣？

美国宇航局的火星 2020 Perseverance Rover 于周五凌晨降落在火星表面。 Perseverance 的实验结果可能会定义未来几十年的火星探索。一位 NASA 科学家解释了原因和方式。

毅力号是最先进、最昂贵、最精密的移动实验室，送往火星。 （照片：推特/@@NASAPersevere）

毅力不仅仅是另一个漫游者任务。毅力号是最先进、最昂贵、最精密的移动实验室，送往火星。 Perseverance 的实验结果可能会定义未来几十年的火星探索——它将决定寻找生命的过程和未来的载人火星任务。

过去30年的火星科学

自 1960 年代第一代任务以来，我们在了解火星方面取得了长足的进步。七十年代中期的维京任务对火星土壤进行了第一次化学分析，并进行了四次检测生物活动的生物实验。这些实验并没有得出任何关于生命的确凿证据。

在 1980 年代初期，科学家根据矿物成分和岩石质地假设某些陨石可能在火星有一个源区，而不是小行星带。 1984 年，一项研究表明，稀有气体（氙气、氪气、氖气和氩气）的同位素组成与维京号航天器测量的火星大气的同位素比率相匹配。这一发现为地球化学家研究火星样本提供了一种方法——并极大地促进了我们对火星地球化学演化的理解。

火星在 20 世纪被认为是一个干燥的星球。这在 2001 年发生了变化，当时火星奥德赛号航天器上的伽马射线光谱仪检测到一个迷人的氢特征，似乎表明存在水冰。但是有歧义——这是因为氢也可以是许多其他化合物的一部分，包括有机化合物。

为了测试水的存在，美国宇航局于 2007 年派出一艘航天器在火星南极附近着陆。航天器用机械臂研究着陆器周围的土壤，并能够毫不含糊地确定火星上是否存在水首次。

Perseverance 漫游车于 2021 年 2 月 18 日星期四降落在 Jezero 陨石坑后发送的第一张显示火星表面的图像。（美国宇航局通过美联社）

好奇号火星车携带了一种名为 SAM（或火星样品分析）的仪器，其中包含一套光谱仪，旨在检测火星上的有机化合物。 SAM 的质谱仪不仅可以测量元素，还可以测量同位素。该仪器在火星上发现了大链有机化合物。目前尚不清楚这些有机物是如何在火星上形成的：这个过程可能是无生命的，但这种复杂的分子很可能是由与生命相关的过程形成的。

通过监测火星上的地震活动和热流，Mars Insight 正在创造历史——这将有助于了解火星内部的组成。

Amitabha Ghosh 博士是美国宇航局驻华盛顿的行星科学家。从 1997 年的火星探路者任务开始，他曾为多个 NASA 火星任务工作过。他曾担任火星探索漫游者任务科学运营工作组的主席，并负责领导火星上的战术漫游者运营工作 10 多年。他帮助分析了火星上的第一块岩石，这恰好是从另一颗行星分析的第一块岩石。

对火星的持久迷恋

为什么火星对科学家如此有趣？对于我们所有人的探险家冒险家？有两个主要原因。

首先，火星是一个生命可能在过去进化的行星。生命在 38 亿年前在地球上进化。大约 40 亿年前早期火星上的条件与地球非常相似。它有一个厚厚的大气层，这使得火星表面的水保持稳定。如果火星上的条件确实与地球上的条件相似，那么火星上极有可能进化出微观生命。

其次，火星是人类唯一可以长期造访或居住的星球。金星和水星有极端的温度——平均温度高于 400 摄氏度，或者比烤箱还热。从木星开始，外太阳系中的所有行星都是由气体构成的——不是硅酸盐或岩石——并且非常冷。火星在温度方面相对宜居，赤道的温度大约在 20 摄氏度到两极的负 125 摄氏度之间。

毅力号火星任务

毅力解决了围绕火星的关键主题——寻找生命，以及人类对该星球的使命。

样本返回任务：火星上有生命吗？

毅力是从火星带回样本的多步骤项目的第一步。世界各地精密实验室对返回的岩石样本的研究有望为火星上过去是否存在生命提供决定性的答案。

以下是样品返回中的步骤：

作为第一步，Perseverance 将在 43 个雪茄大小的管中收集岩石和土壤样本。样本将被收集，罐将被密封，并留在地上。

第二步是让火星获取漫游者（由欧洲航天局提供）着陆、驾驶并收集来自不同地点的所有样本，然后返回着陆器。

然后 Fetch Rover 会将罐子转移到 Ascent Vehicle。火星上升飞行器将与轨道飞行器会合，然后轨道飞行器会将样本带回地球。

这个长期项目被称为 MSR 或 Mars Sample Return。 MSR 将彻底改变我们对火星进化史的理解。如果MSR执行成功，我们就会对火星上是否存在微观生命有了合理的答案。

但 MSR 确实有其风险。如果其中一个组件出现故障，例如 Fetch Rover 或 Mars Ascent Vehicle，MSR 就注定要失败。隐藏的风险是战略性的。以 MSR 为代价，可能有 5 到 10 次航天器任务前往太阳系的不同部分：因此，通过选择 MSR，NASA 排除了执行这些其他任务的选择权。

在火星上生产氧气：一项关键要求

为了实现人类火星任务，成本需要合理。为了使成本合理，需要有适当的技术和基础设施来使用火星上可用的原材料在火星上制造氧气。

如果没有一种在火星上制造氧气的可靠方法，人类前往火星的任务将非常昂贵且不切实际。如果没有可靠的火星制氧计划，埃隆·马斯克向火星提供商业运输的计划将面临失败的风险。

Perseverance 将拥有一个仪器——MOXIE，或火星氧气原位资源利用实验——将使用 300 瓦的功率，利用大气二氧化碳生产约 10 克氧气。

如果这个实验成功，MOXIE 可以放大 100 倍，以满足人类两个非常关键的需求：呼吸用氧气和返回地球的火箭燃料。

在火星寻找地下水

Perseverance 将携带用于火星地下实验的雷达成像仪 (RIMFAX)。 RIMFAX 将提供着陆点地下结构的高分辨率映射。该仪器还将在火星上寻找地下水——如果找到，将极大地帮助人类任务或人类在火星上定居的原因。

测试直升机在火星上飞行

火星直升机确实是一架小型无人机。这是一项技术演示实验：测试直升机能否在火星稀少的大气层中飞行。

火星大气的低密度使得在火星上实际驾驶直升机或飞机的几率非常低。火星上的长途运输必须依靠依靠火箭发动机进行动力上升和动力下降的车辆。

距离火星探索的两个里程碑可能还有十年了：人类对火星的任务，以及对火星是否拥有——或仍然拥有——微观生命这一问题的决定性答案。毅力有望为这两个问题提供重要的洞察力。

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