火星的十年:2020年如何成为探索红色星球的新时代

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在过去的10年里,科学家们对火星的历史和进化了解了很多。美国国家航空航天局的“好奇号”探测器是这次行动的领导者,它确定,在远古时期,地球上至少有部分地区能够长期维持类似地球的生命。

21世纪10年代,火星探索取得了重大进展,但新的10年可能会带来更令人兴奋的消息——可能发现红色行星生命

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NASA的海盗号任务从轨道上看到的火星。(图片:©美国航天局/喷气推进实验室)

在过去的10年里,科学家们对火星的历史和进化了解了很多。美国国家航空航天局的“好奇号”探测器是这次行动的领导者,它确定,在远古时期,地球上至少有部分地区能够长期维持类似地球生命

“这是一个非常成功和启蒙的任务,找出而言,火星是一个适宜居住的星球,”好奇心项目科学家Ashwin Vasavada,美国宇航局喷气推进实验室(JPL)在帕萨迪纳,加利福尼亚州,上月表示媒体圆桌会议在一年一度的秋季会议期间的美国地球物理联盟在旧金山(AGU)。“现在我们可以进入项目的下一个阶段,看看生命是否真正开始。”

相关:美国宇航局“好奇号”火星探测器拍摄的惊人火星照片(最新图片)

下一步将于今年7月启动,届时美国宇航局将发射2020年的火星探测器和欧洲-俄罗斯的火星车罗莎琳·富兰克林号,两艘火星车都将寻找古代红色星球生物的迹象。

但是外星生命的搜寻可能并不是本世纪20年代火星探索的唯一前沿。如果太空探索技术公司(SpaceX)的火星殖民船(Starship Mars-colonizing vehicle)的开发进展顺利,人类也有可能在未来10年内登上这颗红色星球。

一个新阶段

美国国家航空和宇宙航行局曾经寻找过火星生命。该机构的“海盗1号”和“海盗2号”着陆器于1976年成为登陆这颗红色星球的第一艘宇宙船,每个着陆器都进行了四项生物实验。但是维京人得到了模棱两可的结果,迫使他们重新思考战略。

海盗号的任务“向我们展示了生命是很难被发现的,”瓦萨瓦达说。

他补充说,NASA的科学家和官员们意识到这个事实,他们甚至不清楚我们所知道的生命存在的必要条件是否曾经在火星上存在过。因此,该机构启动了一项战略探索计划,旨在通过一系列轨道行器、着陆器和漫游者任务,详细描述这颗红色星球的特征。

这项工作在2010年代达到顶峰。“好奇号”、“勇气号”和“机遇号”在过去10年里一直在进行它们的交易,“洞察号”着陆器及其两颗行立方体卫星和轨道探测器“火星奥德赛号”、“火星勘测轨道行器”(MRO)和“火星大气与挥发性演化”(MAVEN)也是如此。(精灵勉强进入这个名单;这辆高尔夫车大小的漫游者上一次与地球联系是在2010年3月。

NASA在2010年代并没有垄断火星探索。印度于2013年发射了首个红色行星探测器——火星轨道行器(MOM)。十年间,欧洲寿命较长的火星快车轨道器(Mars Express orbiter)和微量气体轨道器(Trace Gas orbiter, TGO)也在高空关注着这颗行星。2016年3月,TGO将欧洲-俄罗斯的ExoMars计划送入太空。(罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin)及其配套的着陆平台“卡札乔克”(Kazachok)是由两部分组成的ExoMars的第二阶段。)

顺便说一下,对于上面提到的很多船来说,过去式并不适用:好奇号、洞察号、火星奥德赛号、MRO、MAVEN号、MOM号、火星快车和TGO号今天都还在运行。

这些机器人和它们的前辈们所做的工作为火星2020和罗莎琳德·富兰克林铺平了道路。例如,“勇气号”、“机遇号”、“好奇号”和轨道行器发现了火星表面曾有水存在的大量证据。“好奇号”挖得更深,在火星直径96英里(154公里)的盖尔陨石坑内发现了一个古老的湖泊和溪流系统。MAVEN提供了宝贵的时间背景,它发现这颗红色星球在大约37亿年前可能已经失去了大部分的大气,这些大气曾使火星保持足够的温度来维持液态水的存在。

“我认为是充分的证据证明火星了,在过去,所有的要求生活的发生或一个生命起源,这取决于你认为事情可能会上演,“MAVEN首席研究员布鲁斯·Jakosky大气和空间物理实验室的博尔德科罗拉多大学上个月AGU会议上告诉dprenvip.com。

两个流浪者

这就把我们带到了2020年的火星和罗莎琳·富兰克林。ExoMars漫游者计划于2021年3月在火星北半球的Oxia Planum平原着陆,那里有大量古代水活动的证据。

太阳能驱动的罗莎琳·富兰克林号将利用照相机和科学仪器寻找火星古代生命的形态和化学特征。漫游者将能够深入挖掘寻找这些线索;它配备的钻头可以钻到这颗红色星球表面以下6.5英尺(2米)。

火星2020”很快将通过学生命名比赛获得一个更令人难忘的名字,它将在宽28英里(45公里)的Jezero陨石坑内进行类似的天体生物学研究。(探测车将收集各种其他数据,并测试新的探测技术,包括一架微型火星直升机。)

科学家们认为,Jezero在古代曾是一个湖泊和一个河流三角洲的家园,所以它是美国国家航空航天局(NASA)火星车的多个前沿阵地。这个古老的环境不仅可能适合人类居住,而且地球上的河流三角洲也善于保存生物特征,任务小组成员说。

“我们非常希望,通过我们的有效载荷,我们可以非常有力地证明火星表面有生物签名,”喷气推进实验室的火星2020副项目科学家凯蒂·斯塔克·摩根上个月在AGU媒体圆桌会议上说。

2020年的火星将无法像罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin)那样钻得那么深。但是美国宇航局的漫游者将会做一些自己的特别无聊的工作,收集和储存几十个样本,最终返回地球,在那里他们可以被世界各地装备精良的实验室里的科学家们仔细检查。

这是2020年漫游者任务的一个关键方面。毕竟,要确认火星上是否存在古老的生物信号(如果真的有的话)可能是一件棘手的事情,亚利桑那州立大学的Jim Bell说,他是火星2020的Mastcam-Z仪器的首席研究员。

贝尔在AGU圆桌会议上说:“我们可以对生物签名做出声明,但目前还不清楚是否有人会相信我们。”“那么,让我们把样品带回来。”

在这里获取火星物质将是NASA欧洲航天局(ESA)的共同努力。欧洲最近确认了其对复杂的样品返回工作的财政承诺,但NASA仍在等待其官方预算的批准。

如果这道绿灯真的到来,本世纪20年代很可能会迎来另一波太空行用电热潮。目前尚待确认的计划是在2026年发射一个名为“样本回收着陆器”(SRL)的NASA任务。SRL将包括一个固定着陆器、nasa提供的取样漫游者和一枚名为“火星上升运载火箭”的火箭,它将把2020年之前收集的材料送入太空。这些珍贵的样本将在2031年抵达地球

踏上红土

在21世纪20年代,火星活动也会更加频繁——事实上,如果一切按计划进行,今年就会有很多活动

中国计划在今年夏天发射一枚前往火星的轨道探测器,与火星2020和罗莎琳德·富兰克林计划在7月至8月期间发射的时间相同。(这样的窗口每26个月才出现一次,当地球火星在星际任务中正确排列时。)

这将是中国首次发射探测器到火星,但不是第一次尝试。2011年11月,俄罗斯的“福布斯-格朗特”号宇宙船发射了一颗名为“萤火一号”的人造卫星

阿拉伯联合酋长国也计划很快取得首个红色星球的成功:该国计划在今年夏天发射一颗名为“希望火星”的人造卫星,日本目前唯一的火星任务是在1998年失败的Nozomi轨道行器,日本计划在2022年向火星发射一个着陆器,并在2024年向火星卫星火卫一发射一个采样器。印度的探测器可能包括一个着陆器和/或月球车以及一个轨道行器,可以在同样的时间框架内发射升空。

然后是载人航天领域。在国际合作伙伴和私营部门的大力帮助下,美国国家航空航天局正致力于在本世纪30年代的某个时候登陆火星。但SpaceX有一个更雄心勃勃的时间表。

埃隆·马斯克(Elon Musk)的公司正在开发一种巨大的、可重复使用的火箭-宇宙船组合,即所谓的“星际船”(Starship),以实现在这颗红色星球上殖民的经济可行性。马斯克表示,如果一切顺利,在未来50到100年内,“星际船”可能最终帮助火星上建立一个百万人口的城市。

星际船的第一次星际之旅应该会比这早得多。SpaceX公司总裁兼首席运营官Gwynne Shotwell最近表示,该公司计划最早于2022年将一艘无人驾驶的星际船送上月球表面。这次行可能是NASA的合同任务;该机构最近宣布,SpaceX有资格使用Starship将NASA的机器人有效载荷运送到月球表面。

载人里程碑可以在相对较短的时间内完成。例如,日本亿万富翁前泽友作(Yusaku Maezawa)预定了在“星际船”(Starship)上执行绕月任务,计划发射日期为2023年。

这样的时间表可能被证明过于雄心勃勃。毕竟,到目前为止,唯一从地面上起的星际船版本是一个矮胖的单引擎原型机,名叫Starhopper,而宇宙船的第一个全尺寸改型在去年11月的首次压力测试中爆炸了。但SpaceX在太空行方面取得了令人印象深刻的成就,其数十次火箭着陆和多次前往国际空间站的货运任务都证明了这一点。

所以请继续关注,不管有没有载人火星任务,未来10年都将是一疯狂的红色星球之旅!

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