摘要：火星大地，苍茫无际，壮景摄人心魄。一片寂静中，只有一台小机器人正耐心地沿耶泽罗陨击坑边缘缓慢行驶，它就是“毅力号”(Perseverance)，人们亲切地把它称作“珀西”(Percy)。它没法像人类那样欣赏橘红色调的荒漠风景。
地球是一个奇迹
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可以看到，火星古老火山上方漂浮着水冰云。而在数十亿年以前，这颗星球的表面尚且温和许多。岩石样本将向我们揭示，那里是否曾孕育古老的生命。｜图源：NASA
火星大地，苍茫无际，壮景摄人心魄。一片寂静中，只有一台小机器人正耐心地沿耶泽罗陨击坑边缘缓慢行驶，它就是“毅力号”(Perseverance)，人们亲切地把它称作“珀西”(Percy)。它没法像人类那样欣赏橘红色调的荒漠风景。
但是自2021年以来，这架火星车就一直在探索这颗红色星球、小心翼翼地收集岩石样本，它的发现可能改变我们对火星历史的了解，改变我们对火星与地球差异的看法、以及我们何以诞生的认识。
火星并非素来是个荒凉的尘沙世界。科学家认为，在这颗红色星球历史上的某个时期，它也曾像如今的地球一样气候温和。但在大约三四十亿年前，火星的内部管路离奇停止运转，结果使它失去了保护自己的磁场。接下来的一亿年间，太阳风剥去火星大气，这颗行星渐渐变成如今的不毛之地。
然而再往前推几十亿年，或许曾有生命在这颗星球富含水分的环境中形成。那就是“毅力号”要寻找的东西——远古生命曾经存在的迹象，以及火星上过去发生了什么、缘何发生。因此，这架火星车正在收集岩石，并小心翼翼地将它们保存在样本采集管中。NASA希望在接下来的十年内完成采集，然后把它们带回地球。
“这架火星车上装载的每一个样本都很可能会回答一个或以上关于火星的最重要的问题。”亚利桑那州立大学行星科学家米纳克希·瓦德瓦(Meenakshi Wadhwa)说。在这项名为“火星样本回归计划”(Mars Sample Return)的任务中，瓦德瓦担任首席科学家，帮助设计方案，将火星岩石样本在太阳系中运输上亿英里。
“毅力号”不是唯一一架在勘探火星奇特岩石的火星车。2024年6月，NASA“好奇号”火星车在火星上发现了元素硫存在的首例证据。虽然“好奇号”可以拍摄照片并检测所发现的黄色晶体的成分，但它的设计不像“毅力号”，无法将样本取回地球。｜图源：NASA, JPL-CALTECH, MSSS
这些火星样本也许记录了各自形成年代的证据，或“有关火星远古环境的关键信息，”“毅力号”项目副科学家、加州理工学院地球化学家肯·法利(Ken Farley)解释道。但比一切都重要的是，它们将告诉我们，我们在宇宙中是否是孤独的。下面这些岩石样本可能有助于回答这一基本问题。
三角洲冲积扇(样本12—13)
科学家选择耶泽罗陨击坑(Jezero Crater)作为“毅力号”的着陆地点，部分是因为这里在三十多亿年以前，可能是某条注入湖泊的河流造就的古代三角洲遗址。水流经过三角洲留下沉积物，最终呈一扇形。2022年，NASA“毅力号”火星车开始考察该扇形的上半部分。
“扇形的正面是非常让我们激动的部分，因为我们正在找寻古老的湖底泥质沉积物，”“毅力号”火星车任务联合调查员和长期规划师、普渡大学行星科学家布里奥尼·霍根(Briony Horgan)说，“你知道，所有的有机粘物和垃圾都会被冲刷到湖里然后沉底。”
最开始，沉积物看起来更像沙子，而不太粘稠。但进一步检查后，科学家发现，样本中确实夹杂有“泥泞层位”。“我们起初不明白，因为它们实际上保存在我们调查较多的含盐沙质层下方，”霍根说，“但在钻探该样本后，我们立刻发现，沙质层下还有暗色泥质。”
在地球上，这种遗留下来、失去水分的泥巴是保存有机物和远古微生物化石的理想场所。“想想你在湖底踩到过的最粘稠的淤泥，以及那里的种种生命迹象，”她沉吟道，“我们采集到的基本就是那样的东西。”但这份火星泥浆是否包含化石，还有待探查。
陨击坑底部(样本3)
“毅力号”从陨击坑底部获取的首份样本具有关键科学价值，不仅有助于了解耶泽罗陨击坑与火星地质的形成机制，还有助于探讨形成年代。
瑞典RISE研究所的天体生物学家、火星“毅力号”科学团队成员之一桑德拉·西尔耶斯特罗姆(Sandra Siljeström)说：“我们沿陨击坑底部采集的样本对测定年代意义非凡，因为一个重要的问题是，假如生命曾在这里出现，三角洲何时富有生机、又活跃了多长的时间？我们对耶泽罗陨击坑活跃年限的判定有上下5亿年的误差，结果非常不准确，这是因为我们没能真正知其来源且年代可以确定的岩石。”这种情况下，已知条件就是一切；我们知晓样本是从哪里采集得到的，也知道采集的时间，这就非常宝贵。
瓦德瓦指出，由于这些陨击坑底部样本来自熔岩流中形成的火成岩，因此它们可能会帮助科学家理解火星内部的化学组成，继而有助于破解火星失去磁场、成为荒凉世界的谜题。
“浴缸圈”(bathtub ring)碳酸盐样本(样本23)
根据卫星图像，耶泽罗陨击坑边缘似乎分布着碳酸盐矿物质沉积。“从空中运行轨道上看，那看起来就像某种浴缸污渍。”霍根说。
科学家仍在努力探讨，这个碳酸盐环到底是什么，猜想之一是：它是一处古代海滩沉积物——尽管我们很难想象火星上会有蓝色海水拍打着炫目的白色沙滩。在地球上，这些物质常常形成于淡水或碱性湖泊的浅滩。
碳酸盐在火星表面极其少见，但在耶泽罗陨击坑的古代河流三角洲却十分富余。这一特殊区域被称为“边缘碳酸盐单元”，是“毅力号”最期待的目的地之一。火星车从该区域采集了三件独立岩芯样本，其中两件是沉积岩，还有一件为硅化碳酸盐。
霍根解释说：“这不仅对孕育生命颇具意义，而且还是火星气候与环境的一个重要标志物。”瓦德瓦指出，这些样本可能形成于河流和湖泊沉积物，“它们可以向我们展示古代火星环境的多样性。”
切亚瓦瀑布(Cheyava Falls)样本(样本25)
假如你曾听说过任何火星岩石，那很可能就是“切亚瓦瀑布”岩石样本。2024年7月，“毅力号”在耶泽罗陨击坑内曾有流水的区域抓取了一块岩石。车载相机拍摄的图片展现了“豹斑”——在地球上，这是微生物用于获取能量的化学过程的标志。这块岩石上还出现了有机分子的有力证据，而有机分子是生命的构成要素。
“这是一块粒度非常细的岩石，这类岩石特别适合记录和留存生命信号，”西尔耶斯特罗姆说，“生命信号是岩石上的形态或化学成分信息，能够表明有生命存在。”
不过，这不意味着“毅力号”已经找到了火星上有远古生命的证据。为了找到确定的答案，我们需要把样本带回地球。
“毅力号”于2024年7月采集的切亚瓦瀑布样本有形似猎豹斑纹(中)的标记，岩石中还发现了橄榄石。｜图源：NASA, JPL-CALTECH
陨击坑坑缘样本和未来样本
2021年2月，“毅力号”在陨击坑底部着陆，从那时起，它一直在沿着三角洲冲积扇行进，顺着陨击坑壁，爬出陨击坑。2024年12月，这架火星车终于完成了垂直距离1640尺(500米)的攀登之旅，抵达陨击坑顶部。2025年1月，火星车完成了对陨击坑坑缘的首次取样，该样本被称作“银山样本”(Silver Mountain sample)。
该样本可能比在耶泽罗陨击坑采集的样本更古老，事实上，可以说该样本是“毅力号”采集到的最古老样本。“这一点很重要，因为我们认为，往前追溯得越早，火星越宜居，”西尔耶斯特罗姆解释道，“距今越近，可用的水也许就越少。”
截至本文成文时，“毅力号”已经收集了21管样本，并将它们存储在机腹，其中包括两个“见证管”(witness tubes)，它们将帮助科学家滤除样本中的任何地球污染物。火星车上还有8个样本管和2个见证管可用于样本采集。
要确认珀西目前或未来存储的岩石中是否有真正来自远古时期的样本、是否含有微生物化石，科学家将需要在实验室里对所有这些样本展开研究。
“我们可以在实验室里分析样本，从而获取认识，那是航天器远程分析所办不到的。”瓦德瓦说。从相机分辨率到放射性同位素测年技术，再到亲手拿着岩石、判断它是沉积岩还是火成岩，这些实验室现场技术都是火星上的机器人复制不了的。
NASA仍在努力解决火星样本回归计划的后勤问题，最早一批有机会研究这些岩石的科学家可能要等到2030年代中期。但就像“阿波罗计划”带回的月壤一样，火星岩石在科学上也将是无价之宝。
“一旦取回这些样本，就意味着接下来几十年、几百年甚至几代人的时间，它们都是你的课题，”霍根总结道，“我们现在还在从阿波罗样本里获取新的内容，而我们研究它们已有60年了。这也就是我们真正希望做的——把这些样本带回地球，留作子孙后代的数据库，让人们得以不断从中了解火星的知识。”
撰文：Swapna Krishna
编译：Arvin
校对：钱思琦
版式设计：钱思琦
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来源：国家地理中文网一点号
