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火星上的土壤究竟有多可怕?为什么人类不敢将其带回地球?

 魅力科学君 2024-09-14 发布于四川

地球是人类的摇篮,但人类不可能永远生活在这个“摇篮”里,正因为如此,自从进入航天时代以来,人类就一直在致力于探索太阳系中的其他天体,随着时间的流逝,人类的深空探测能力也在不断进步,时至今日,人类已经具备了将其他天体的土壤带回地球的能力,除了月球之外,人类还实现了从几亿公里外的小行星采集样本并返回。

然而,火星——这颗备受人类关注的行星,尽管人类对其进行了长达数十年的探索,甚至还有多个火星探测器已经在火星表面登陆,并传回了大量的探测数据,但迄今为止,人类从未将火星上的土壤带回地球,这不免会令人产生疑惑,火星上的土壤究竟有多可怕?为什么人类不敢将其带回地球呢?下面我们就来聊一下这个话题。

根据已知的探测数据,早期火星曾经也像地球一样“宜居”,很可能生命繁茂,尽管现在火星上的自然环境已变得非常恶劣,但我们并不能排除一些生命力极为顽强的微生物仍然存活的可能。

假设火星土壤中存在微生物,那它们对环境的适应能力就很可能远超地球生物,在地球优渥的自然环境中,它们很可能会大量繁殖,在此基础上,再加上地球生物与它们没有共同的进化历史,缺乏相应的抵御机制,因此如果它们进入了地球的自然环境,就很可能引发灾难式的生物入侵,其后果将会是难以预测的。

从这方面来讲,火星上的土壤确实有一定的可怕之处,然而这并不是人类迟迟不将其带回地球的理由,因为我们只需要做好适当的防护措施,就足以应对火星土壤中可能存在的生物威胁。

以人类目前的科技水平,这其实是可以做到的,要知道在之前的月球和小行星的采样返回任务中,人类就使用了严密的防护措施,返回的样本都可以做到在完全封闭的环境中进行研究,在此过程中,任何潜在的生物威胁都可以被隔离,确保它们不会扩散,而这样的防护措施当然也可以应用于火星样本的回收,

既然如此,那为什么人类不敢将火星上的土壤带回地球呢?实际上,之所以会这样,并不是因为人类不敢,而是因为这一任务在技术层面上难度很高。

如果人类要将火星土壤带回地球,整个任务可以分为4个关键步骤:1. 飞往火星,2. 在火星表面着陆并采样,3. 从火星表面发射样本到太空,4.返回地球。在这4步中,1、2、4步难度都不是太高,因为在过去的月球和小行星采样返回任务中,人类已经积累足够多的经验,但第3步,却是整个过程中最具挑战性的一环。

虽然火星比地球小很多,但作为太阳系八大行星之一,火星的引力还是不可小觑,根据科学家的测算,火星表面的逃逸速度约为5.027公里/秒,与之相比,月球表面的逃逸速度大约为2.38公里/秒,至于小行星表面的逃逸速度,则低至每秒几米的数量级,基本上可以忽略不计。

由此可见,与月球和小行星相比,从火星表面发射样本到太空所需要的燃料要多得多,而我们都知道,由于燃料的效率问题,在目前的航天任务中,有效载荷都会受到极大的限制,所以相关设计必须非常高效,在轻量化和推力之间取得极为精妙的平衡。

另一方面来讲,由于火星和地球的通讯延迟很大,远程实时操控发射是不可能的,因此火星表面的发射还必须全程自动完成,这意味着火星样本返回的发射器必须具备高精度的自动控制系统,考虑到火星地表的复杂地形,以及火星大气层的影响,这无疑又是一个巨大的挑战。

总而言之,正是因为难度很高,人类才迟迟没有将火星上的土壤带回地球,不过这样的情况只是暂时的。

事实上,NASA和欧洲航天局(ESA)已经联合启动了“火星样本回收计划”(Mars Sample Return),旨在从火星采集样本并将其带回地球,该计划由多个步骤构成,包括着陆、采样、发射样本回到火星轨道、轨道对接以及样本返回地球。

就目前的情况来看,“毅力号”火星车(Perseverance)已经在火星表面成功收集了多管土壤样本,这些样本被储存在密封容器中,等待在后续的任务中将其送回地球。

按照最初的计划,这些火星样本的返回时间应该是2030年代初,但根据NASA在2024年4月发布的评估报告,后续任务的成本和风险已经远远超出了最初的预期,为了控制成本、降低风险,后续任务还需要大量的时间来优化,预计样本返回的时间会推迟到“不早于2040年”。

看样子,人类通过“火星样本回收计划”将火星上的土壤带回地球,还需要等待很长一段时间,那还有没有更高效的任务呢?答案是肯定的,那就是中国的“天问三号”火星采样返回任务。

根据2024年9月5日“天问三号”任务总设计师刘继忠的介绍,该计划将于2028年实施两次发射任务,分别将“天问三号”的着陆器-上升器组合体和轨道器-返回器组合体送往火星,前者负责降落在火星表面,执行火星土壤样本采集任务,然后将收集到的样本送入火星轨道,与运行在火星轨道上的轨道器-返回器组合体对接,并将火星样本转移到返回器,最终,返回器会携带样本飞回地球,预计样本返回的时间是2031年左右。

也就是说,如果一切顺利的话,人类将在于2031年首次将火星上的土壤带回地球,不得不说,这实在是令人期待,你觉得呢?

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