“这将是人类迈出的巨大一步” ——英国《新科学家》杂志介绍“好奇”号火星探测任务
□方陵生 编译
“好奇”号火星车是美国宇航局火星远征计划最近一次的重磅出击，它将标志着我们与这颗红色星球关系的一个重要转折点。
这次火星探测任务是从去年11月25日正式发射“好奇”号火星探测车开始的。价值25亿美元的“好奇”号是有史以来最雄心勃勃、最昂贵的火星探测任务，它携带了最先进的各种探测仪器和设备，它将在火星着陆点检测是否曾经有适合生命存在的条件，并在岩石中搜索生命曾经存在过的迹象。它由放射性衰变的钚提供能源，而不是通过太阳能，它将每天24小时不间断地工作，并在火星上度过冬天。
“这将是人类迈出的巨大一步”，纽约州康奈尔大学的史蒂夫·斯奎尔斯评价说。斯奎尔斯是参与2004年登陆火星不同地点的火星探测器“勇气”号和“机遇”号任务的首席科学家。
在何处着陆经多年斟酌
“好奇”号的安全降落是必须慎重考虑的事情。“在火星上着陆是很有风险的事情，”斯奎尔斯说道。“勇气”号和“机遇”号都是被裹在安全气囊中以弹跳方式降落火星表面的，但以“好奇”号5倍的重量很容易穿破安全气囊，“安全气囊技术已达到我们能够做到的极限，”斯奎尔斯说道，“空中吊车系统是解决这一问题的一个很好的方案。”
这一超庞大的火星探测任务，也被称为“火星科学实验室”，并非一直是一帆风顺的。一些工程问题上的困难，包括被称为执行器齿轮的电动机驱动问题等，迫使“好奇”号发射任务延迟两年，并在本已极为庞大的预算上又增加了数百万美元。“这一直是一种尝试，”罗得岛布朗大学的杰克·马斯塔德坦承，“但是如果NASA这次能够成功，就能证明人类拥有了可承受更大质量的着陆系统，这对于下一阶段火星登陆任务非常重要，即将火星上采集的样本带回地球。”
在“空中吊车”放下火星车之前，通过抛弃一些负重量，使探测器稍作倾斜，以赋予它更大的空气动力学控制能力，使得目标降落点控制在长度仅为20公里的椭圆形内——只有“勇气”号和“机遇”号的七分之一。此次项目负责人、加利福尼亚理工学院的约翰·格罗青格指出，因为着陆点越大，就更有可能遇到陡峭的山坡或巨石等不适合冒险降落的危险地形，“在火星探测史上第一次，我们未因受到工程技术的约束而在着陆点选择上产生真正的争议。”他说。
经过多年的慎重考虑，最后决定将着陆点定在火星赤道附近150公里宽的盖尔环形山（又称为盖尔陨石坑）处。印第安纳州圣母大学的拉尔夫·米利肯说道，“这是火星地表的一个深坑。”如此巨大的深坑结构是如何形成的？地质学家们意见不一，但他们都认为，在深坑形成的过程中，肯定有某种形式的水的参与。这是因为山脚下的岩石是由粘土层和硫酸盐层形成的，这两者都离不开水，目前已经确定这些岩石的形成在大约35亿年前。
“如果火星上有湖，盖尔环形山就有这个可能，”美国宇航局莫菲特场埃姆斯研究中心的戴维·布莱克说道，雨水、雪水或上升的地下水有可能在坑中汇聚起来，水分蒸发以后，粘土和硫酸盐则可能留了下来。
美国宇航局的“好奇”号将超越之前在火星上“寻找水的踪迹”的目标，在美国宇航局的侦察轨道器和“火星快车”探测器发回了火星在过去甚至现在有水的证据的照片之后，没有人再怀疑在这个红色星球上曾经有过液态的水。“我们知道在火星历史上的某个时期，曾存在有大量的水。”米利肯补充道。
在盖尔环形山寻找有机分子
“好奇”号将能够比以往任何一次火星探测任务提供更多关于火星之谜的答案。“勇气”号和“机遇”号只能通过测量岩石的光谱，来检测岩石中的某些特定元素，比如铁。“好奇”号也会对火星岩石的元素化学成份进行检测，但却会以更先进的方法：在空中7米的高度，用激光轰击岩石，然后对岩石电离化后产生的蒸汽光谱进行研究。如果发现重要的矿物元素，它会用机械臂上的钻头收集深达5厘米处的岩石样本。
接下来，它会执行一个之前只在地球上才能完成的壮举：在岩石样本中确定具体的矿物质，如铁硫酸或硫酸镁。被研成粉状的岩石将被放入一个称为“舍曼”的仪器中，仪器将对岩石粉末拍摄X射线，并研究其产生的衍射图。就像人的指纹一样，地球上约7000种左右的矿物中，每一种都有一个独特的X射线衍射图的“签名”。“舍曼会告诉我们，火星上存在的所有矿物种类，以及每种矿物的储量，”首席科学家布莱克说道。他说，对火星上各种矿物的分析，可提供这些矿物形成过程中火星环境中温度、压力、酸度等的许多重大线索。
所以舍曼可揭示盖尔环形山是否是适合生命存在的地方。但是真的能在这里找到生命存在的踪迹吗？明确检测生命存在的迹象将是一项困难重重的任务。所以，“好奇”号将通过寻找有机分子，尽最大可能寻找这一问题的答案。复杂的含碳分子不一定就是生命存在的信号，例如，它们也漂浮在星际空间的恶劣环境中，但正如我们所知道的，它们是构成生命的基石。“好奇”号火星车上所载的各种仪器能够检测到只有十亿分之四十浓度的有机分子。“它并不是一个直接的生命迹象，”格罗青格说道，“但如果它确实存在过，我们就有可能发现留存下来的有机化合物。”
但要找到它们并非易事，就像其他几次火星探测任务所表明的那样。有机分子有可能随着陨石降落火星，但无论是美国宇航局1976年的“海盗”号探测器，还是其2008年的“凤凰”号探测器，都没有发现什么。这可能是因为这些有机分子很容易被摧毁，困在岩石中的远古有机物质可能会被流过岩石的水破坏，有机分子分裂，产生二氧化碳气体。如果有机分子被困在地表之下的岩石中，火星地核中的热量也可能摧毁任何有机物质，如果被困在火星地表上的岩石中，宇宙射线或过氧化氢等氧化物质也会对分子造成破坏。“在火星上检测有机化合物好比大海捞针。”格罗青格说道。
“好奇”号拥有更有利的成功机会，部分原因在于它所选择的着陆地点，在地球上，有机分子往往被困在细小的微粒中，所以在盖尔环形山附近的粘土层结构中发现有机分子的希望很大。
在“好奇”号登陆后不久，火星车将开始攀爬土堆，在攀爬过程中，它也会发现其他与水有关的特征，有水的地方是生命得以能够立足的地方，包括曾经有过水存在的沟渠等。“我们想要研究探测的不只是一种，而是多种有可能适合人类居住的环境，”格罗青格说道。
寻找到任何类型的有机分子都将是一个巨大的成功。“好奇”号火星车上的仪器有希望发现更多关于生命存在的迹象，例如一种名为SAM的工具包，可在火星上对样本进行现场分析。研究人员最感兴趣的是，SAM可以测量同位素碳12和碳13的相对丰度，由此推断火星上碳基生命存在的可能性究竟有多大。地球上的生命形式更倾向于较轻的同位素，所以“如果测量到更多的轻碳，这至少与生物学上的假设相一致，”格罗青格说道，然而他还是告诫道，火星上的天然同位素丰度可能比地球上有所不同，这将使分析工作变得更为复杂。
此外，SAM将探测有机分子的手性，以寻找是否有来自生命存在的线索。许多分子都有“左手”与“右手”的不同形式，在非生物过程中，这两种形式分子的数量是相等的。“但在有生命存在的情况下，这两种分子的比例就会不同，”法国巴黎皮埃尔和玛丽·居里大学的米歇尔·卡巴尼说道，“如果左右分子的数量不等，我们就可以开始推测有生物源的存在。”
如果火星上盖尔环形山有任何微生物生命存在的话，那么2012年8月将不同于以往任何时候，来自另一个星球的“飞碟”——6个轮子的以钚为动力的怪兽——“好奇”号将打破它们宁静的生活。
NASA不希望令人感到失望
一些狂热的火星迷们也许会问，那么为什么不派遣机器人直接在火星上寻找“小绿人”之类的外星人呢？
1976年，美国宇航局的“海盗”号系列探测器在1976年正是这么做的，它们在火星土壤样本中留下了营养丰富的“套餐”，以吸引有可能生活在火星上的微生物，“营养套餐”中含有放射性碳，如果“食物”被消化，样本中的辐射监测仪就将检测到所产生的气体。
但最后却没有发现土壤中有机物存在的证据，没有发现有外星生命存在的迹象。印第安纳州圣母大学的拉尔夫·米利肯说道，“他们希望找到生命的迹象，但反馈的结果基本上都是否定的，火星上没有我们所了解的生命形式。”因此，之后美国在20年里没有再实施下一次火星任务。
25亿美元打造的“好奇”号火星车将寻找与生命存在有关的有机分子和同位素，但美国宇航局仍然回避“生命”一词。“美国宇航局不能对纳税人说，他们花了25亿至30亿美元在火星上寻找生命，然后说，'我们没有发现生命，谢谢，拜拜’。”米歇尔·卡巴尼说道。
“如果发布消息说，你正在寻找生命，即使它对于我们许多人来说都是非常重要的，但结果却是一无所获或模棱两可的回答，人们会感到失望，”美国宇航局的火星顾问团前任主席、罗得岛布朗大学的杰克·马斯塔德说道。
马斯塔德指出，“好奇”号和其他火星登陆任务都只能在有限的时间内探索有限的区域，“好奇”号的降落点有可能曾经是一个湖泊，但科学家已发现了其他可能有生命存在的地方，例如地表下面的热液泉。“火星历史的最初十亿年里经历了环境的巨大变化，”加州理工学院的伯达尼·艾曼说道，“我们知道火星环境是多样性的，所以很难说，我们找到的证据就能证明'火星上没有生命’。”
人类对火星的探测已有半个多世纪的历史，经历了近距离掠过火星、绕火星运行、火星软着陆、火星表面漫游4个阶段。
美国的“探路者”号、“勇气”号、“机遇”号和“好奇”号，是成功实现在火星表面进行移动考察的火星探测器。
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