阿波羅計(jì)劃的的主要任務(wù)是從月球上帶回?cái)?shù)百公斤的巖石樣品，這些50年前由阿波羅11號(hào)宇航員帶回的樣品足夠地質(zhì)學(xué)家們研究上一輩子，并且還有不斷的新發(fā)現(xiàn)。但在備受矚目的火星上卻一直帶回沒(méi)任何樣品。最近幾十年來(lái)，美國(guó)宇航局和歐洲航天局計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)從火星上帶回一塊大巖石供科學(xué)家們進(jìn)行研究。
探索太空需要分階段進(jìn)行，首先得派航天器去收集原始的圖像和數(shù)據(jù)。例如，“旅行者”號(hào)穿越太陽(yáng)系，或“新視野”號(hào)探索冥王星。接下來(lái)要在軌道上留下一個(gè)探測(cè)器用以詳細(xì)研究地表狀態(tài)。如卡西尼號(hào)宇宙飛船繞土星運(yùn)行了294次并拍攝了超過(guò)45萬(wàn)張照片，這些徹底改變了我們對(duì)土星的認(rèn)知。勇氣號(hào)，機(jī)遇號(hào)以及好奇號(hào)共同在火星上獲取了成千上萬(wàn)張照片，開鑿了巖石并發(fā)現(xiàn)了之前有水的存在。在1970年，蘇聯(lián)月球計(jì)劃第一次帶回了月球樣品，“月球16號(hào)”帶回了101克土壤，之后是“月球20號(hào)”和“月球24號(hào)”。但他們的采樣點(diǎn)和阿波羅計(jì)劃不同。第二個(gè)采集到樣本的是美國(guó)宇航局為了收集太陽(yáng)風(fēng)的“創(chuàng)世”號(hào)，它于2001年發(fā)射，在2004年采集成功返回地球時(shí)卻因降落傘未能正確打開，在猶他州的沙漠中墜毀了。盡管著陸失敗，科學(xué)家還是找到了有用的樣品，并發(fā)現(xiàn)地球可能是由與太陽(yáng)成分不同的太陽(yáng)星云所形成的。接下來(lái)是美國(guó)宇航局的“星塵”計(jì)劃，在2004年“狂野2號(hào)”穿越過(guò)彗星的尾部，于兩年后返回地球。通過(guò)對(duì)收集到的粒子進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)彗星的形成方式與科學(xué)家預(yù)測(cè)的有所不同。
最后一個(gè)帶回樣品的是日本宇宙航空研究機(jī)構(gòu)研發(fā)的Hayabusa。即使在任務(wù)執(zhí)行中它遭到了太陽(yáng)耀斑的襲擊，丟失了返回輪，跳躍著陸器也無(wú)法使用，但依舊帶回了幾顆珍貴的小行星樣品。目前，Hayabusa 2號(hào)和OSIRIS-REx號(hào)也在執(zhí)行任務(wù)。他們還將計(jì)劃從火星的衛(wèi)星上帶回樣品。我們能從火星的采樣中發(fā)現(xiàn)些什么？
事實(shí)上，我們對(duì)火星的地質(zhì)和大氣結(jié)構(gòu)已有了一定的了解。數(shù)萬(wàn)年前火星被一顆巨大的行星撞擊后，形成的碎片穿越過(guò)地球的大氣層并最終降落在地球上。科學(xué)家得到了一個(gè)隨機(jī)的火星碎片，但現(xiàn)在他們想要通過(guò)采樣計(jì)劃獲取特定的樣品。20世紀(jì)70年代初，美國(guó)宇航局就早在“維京號(hào)”宇宙飛船發(fā)射前計(jì)劃從火星上尋找生命的痕跡并帶回采樣。將這些嶄新的樣品帶回地球后，科學(xué)家可以對(duì)其進(jìn)行各種試驗(yàn)，看看它們是否存在活性菌或有任何生命跡象，但目前尚無(wú)定論。此外，科學(xué)家們還可以從火星湖泊沉積物、熱液噴口周圍的沉積物和古代河流的三角洲中取回樣品，用以了解火星表面的歷史以及數(shù)百萬(wàn)年來(lái)水對(duì)地貌產(chǎn)生的影響。另外，還可以從近期和古代的隕石撞擊坑，火山爆發(fā)地和長(zhǎng)期暴露在風(fēng)中的地區(qū)進(jìn)行樣本采集以了解數(shù)十億年的火星歷史，從何時(shí)開始行星變得寒冷而干燥，小行星轟炸何時(shí)結(jié)束等問(wèn)題，甚至可以對(duì)火星上的隕石碎片進(jìn)行采樣。有劇毒或有生命，把火星土壤帶回地球可不是鬧著玩，后果不可預(yù)知。我們已經(jīng)知道火星土壤中含有有毒的化學(xué)物質(zhì)，如果它們是從大氣層中沉淀下來(lái)的是否會(huì)對(duì)宇航員存在危險(xiǎn)？地表下的物質(zhì)又是什么樣的呢？這些最好能夠在人類第一次踏上火星之前就收集到樣本，但也必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格隔離，避免其他天體上不友好的物質(zhì)或者有機(jī)物進(jìn)入地球環(huán)境，這就像一個(gè)外來(lái)物質(zhì)，可能引發(fā)嚴(yán)重的后果。
火星采樣計(jì)劃
“火星樣品采集調(diào)查”是最早的采集任務(wù)之一，相對(duì)花費(fèi)較少。它穿過(guò)火星的大氣層在低至40千米的高度進(jìn)行塵埃和氣體的收集。科學(xué)家將采集回來(lái)的大氣樣本和火星巖石中發(fā)現(xiàn)的氣體進(jìn)行匹配以確定它們都來(lái)自火星。之后還將進(jìn)一步對(duì)火星塵埃進(jìn)行研究，因?yàn)樗鼤?huì)形成行星風(fēng)暴，對(duì)探測(cè)器和宇航員都會(huì)造成威脅。這項(xiàng)提議是在2001提出的，計(jì)劃在2007執(zhí)行并在三年后返回，但它從未真正執(zhí)行過(guò)。直到2009年，美國(guó)宇航局和歐洲航天局宣布共同合作，旨在將一塊火星樣品帶回地球。首先，他們都需要研發(fā)一個(gè)漫游器。美國(guó)航天局的“火星2020號(hào)探測(cè)器”將一邊運(yùn)行一邊收集有趣的樣品，歐空局的“富蘭克林”探測(cè)器會(huì)將樣品存儲(chǔ)在利于取用的筆狀容器中。
首先，歐洲航天局將研發(fā)一個(gè)快速取樣探測(cè)器。之后，由美國(guó)航天局研發(fā)的升空飛行器將樣品送入火星軌道，最后，歐洲航天局的軌道任務(wù)將樣品返回地球。歐洲航天局的采樣器將不超過(guò)120公斤，以每天200米的速度行駛20-30公里，并繞開危險(xiǎn)地帶。之后在“富蘭克林”留下的樣品中選擇最重要的30個(gè)帶回地球。幾個(gè)月后，采樣器將降落在類似于“好奇者號(hào)”和“火星2020漫游者”的回收著陸器上。它是采用熱殼降落在火星上的，并在表面停留150天等待取貨。之后由升空飛行器將其送入350公里的高空軌道。歐洲航天局的地球返回軌道攔截器會(huì)將其攔截，再用太陽(yáng)能離子發(fā)動(dòng)機(jī)送回地球。
到2030年左右，科學(xué)家將會(huì)從火星表面得到大約500克的樣品。2019年初，白宮已將該項(xiàng)目納入預(yù)算，這是第一次正式撥款，預(yù)計(jì)最快將于2026年啟動(dòng)。經(jīng)過(guò)了50年的漫長(zhǎng)計(jì)劃，火星采樣項(xiàng)目終于正式拉開序幕。
