導 讀
土壤是陸地生命的發(fā)源地和棲息地，火星有沒有生命，解析火星土壤很重要，土壤科學家參與火星項目標志著土壤科學也走出地球了。
期待中國的探月工程、火星工程也能有土壤學家的參與。
編譯/陳能場（廣東省生態(tài)環(huán)境技術(shù)研究所研究員、中國科協(xié)環(huán)境生態(tài)領(lǐng)域首席傳播專家），葉泓緯( 廣東旅道集團有限公司)
原文：Caroline Schneider.2013. SatisfyingOur Curiosity: Studying Martian Soils Could Help Explain a Lot about the RedPlanet. Soil Horizons.54(2) doi:10.2136/sh2013-54-2-f
作者: Caroline Schneider(美國威斯康星州麥迪遜市土壤科學學會科學作家)
當大多數(shù)人向同事發(fā)送信件時，電子郵件會發(fā)送到附近的辦公室。當美國土壤科學學會會員道格·明（Doug Ming）和他的同事布拉德·薩特（Brad Sutter）向同事發(fā)送信件時，一條消息傳到了鄰近的星球。他們的同事是”好奇號”漫游者，他們的書信必須走數(shù)百萬英里才能到達。
美國宇航局NASA的行星科學家Ming和Sutter是執(zhí)行火星科學實驗室任務(wù)的團隊的成員。這次任務(wù)及其”好奇號”火星車是探索火星的長期努力的一部分。兩位科學家都有土壤科學背景，他們的知識非常適合該項目，該項目旨在研究火星土壤的生命跡象。
2012年8月6日，”好奇號”降落在火星上。主要任務(wù)計劃持續(xù)一個火星年，火星繞太陽轉(zhuǎn)一圈所需的時間，相當于大約687個地球日。然而，像其他漫游者一樣，”好奇號”的服役范圍可能遠不止于此。
“機遇”號火星車自2004年1月底以來一直在地面運行，因此已經(jīng)運行了9年多，” Ming解釋道，”我預計’好奇號’將在火星表面做一段時間的分析。
Sutter與美國航空航天局（NASA）的合作始于他做研究生的時候，當時他與Ming合作從事高級生命支持（ALS）計劃。 ALS計劃開發(fā)的技術(shù)將使人類太空旅行更加自給自足，并使機組人員能夠長期執(zhí)行任務(wù)。但是，當大幅削減ALS計劃的資金時，Sutter開始研究火星的土壤。
“我參與了在火星溫度和壓力下評估二氧化硅表面的水的工作，”Sutter說。“我還考察了智利北部極度干旱的阿塔卡馬沙漠土壤。這些土壤是火星在極度干旱條件下土壤如何形成的模型。”
Ming是美國宇航局的博士后研究員，首先研究了月球物質(zhì)。從那以后，他參加了幾次火星飛行任務(wù)。他曾在火星探測車(Mars Exploration Rovers)、”精神號”和”機遇號”的科學團隊工作，然后加入了火星”鳳凰號”偵察員(Mars Phoenix Scout)任務(wù)，該任務(wù)于2007年啟動。
“我認為”鳳凰號”的任務(wù)是在另一個行星表面上的第一個真正的土壤科學任務(wù)，” Ming說。“那確實是一種土壤科學的樂趣。”
研究火星的土壤將是”好奇號”探測器任務(wù)的重要組成部分?？茖W家希望收集到的數(shù)據(jù)將有助于回答當今行星土壤科學中一些最有趣的問題，包括生命是否可能存在于其他行星上。資料來源：美國宇航局/JPL-加州理工學院。
兩位研究人員對土壤科學的熱愛都將從”好奇號”漫游者這得到滿足。”鳳凰號”火星車分析了火星兩極附近北極地區(qū)的土壤和冰層，而”好奇號”火星車降落在火星赤道附近的蓋爾火山口。”好奇號”將探索比任何其他漫游者更大的區(qū)域。
上圖：蓋爾火山口的”好奇號”著陸點。這是Mars Odyssey MOLA熱輻射成像系統(tǒng)看到的蓋爾隕石坑的南向視圖。照片由NASA提供。下圖：研究人員將”火星樣品分析”（SAM）儀器安裝到”好奇號”火星探測器中。圖片由NASA / JPL-Caltech提供。
當 Sutter 處理從 SAM 發(fā)回的數(shù)據(jù)時，Ming 正忙于規(guī)劃漫游者的活動，以收集這些數(shù)據(jù)。他與科學家和工程師合作，確保每個人都是規(guī)劃過程的一部分，并且在同一頁面上，包括”好奇號”。
Ming解釋說：”我們必須確保將計劃發(fā)送給火星，以便計劃在第二天開始活動時就在那里。”
火星車能夠進行的活動，使得人們對它將在火星上收集的知識寄予厚望?；鹦擒囈呀?jīng)適應(yīng)了迄今用于火星任務(wù)的最先進的技術(shù)。”好奇號”長約10英尺，重量是火星探測車的五倍，可以翻滾到2英尺高的障礙物上。
用于收集和分析土壤和巖石樣品的設(shè)備也比早期的探測車更先進。除了SAM，”好奇號”還擁有其他幾種可用于表征火星的技術(shù)?；鹦擒嚿嫌袔着_照相機，一臺發(fā)射激光并分析蒸發(fā)礦物元素成分的儀器，一個監(jiān)測溫度、風和其他環(huán)境條件的臺站，以及一個輻射探測器，它將確定這顆行星是否適合人類進一步探索。”好奇號”還有一種叫做化學和礦物學（CHEMIN）儀器的儀器，它首次在火星表面提供土壤礦物的完整表征。
一旦”好奇號”通過其收集器收集了數(shù)據(jù)，就將這些信息發(fā)送給地球上的Sutter和Ming等科學家。 NASA深空網(wǎng)絡(luò)是一組天線，為地球和火星提供了必要的聯(lián)系。該網(wǎng)絡(luò)由在全球范圍內(nèi)具有戰(zhàn)略意義的三個設(shè)施（加利福尼亞，西班牙和澳大利亞）組成，即使在地球自轉(zhuǎn)的情況下，也可以進行持續(xù)觀察。
上圖：道格·明在任務(wù)控制室看火星圖像。下圖：2012 年 10 月，美國宇航局”好奇號”火星探測器上 1.6 英寸寬的鏟子拍攝的溝槽。下圖顯示了有關(guān)”巖石”風沙特性的一些詳細信息。照片由美國宇航局/JPL-Caltech/MSSS提供。
除了直接向地球傳輸外，火星車還與軌道飛行器通信。軌道飛行器有更大的天線，每天”看到”地球的時間更長，從而可以發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。這意味著數(shù)據(jù)通過軌道器傳輸?shù)降厍虻乃俣纫戎苯觽鬏數(shù)降厍虻乃俣瓤?。軌道飛行器在火星車附近每天飛行約8分鐘，在這段時間內(nèi)，可向軌道飛行器發(fā)送多達250兆位的數(shù)據(jù)。同樣數(shù)量的數(shù)據(jù)需要長達20小時才能直接傳送到地球。
科學家們希望，”好奇號”的技術(shù)進步將有助于回答當今行星土壤科學中一些最有趣的問題。對于Sutter和Ming來說，這些問題都集中在一個未知的中心。
“好奇號”提出的一個大問題是，地球以外的東西能否維持生命？” Ming假設(shè)。“那里有沒有生命可能存在的地方，或許當今已經(jīng)存在？”
Sutter還希望發(fā)現(xiàn)生物生命的證據(jù)，了解火星的土壤是朝著這一發(fā)現(xiàn)邁出的重要一步。真正的土壤經(jīng)過了生物有機體的修飾和補充，由礦物質(zhì)、空氣、水分和有機物質(zhì)組成?；鹦堑耐寥揽赡懿皇钦嬲耐寥?，而是嚴格地由風蝕或沒有生物或化學活性的過程形成的。Sutter希望他們從”好奇號”獲得的數(shù)據(jù)能為火星土壤形成提供線索。
Sutter解釋說：”火星上土壤形成的證據(jù)可能提供過去氣候以及條件是否適合生物學的更好指標。” “此外，火星土壤被發(fā)現(xiàn)是酸性和堿性的。這些特征會影響古代微生物能否在那里生活。”
對地球以外生命的探索將推動行星研究的未來。開普勒計劃是NASA的另一個倡議，它正在尋找與其他恒星軌道相同的行星，這些行星與地球繞太陽公轉(zhuǎn)的距離相同。這些”宜居區(qū)域”可能包含大小與地球相似的行星，并將提供可以維持生命的條件。
其他任務(wù)也將更深入地研究火星上的生命問題。美國宇航局計劃在2020年發(fā)射一顆類似”好奇號”的漫游者，而在2018年，歐洲航天局將向這顆紅色星球發(fā)射一個探測器。這款名為ExoMars的火星車將配備一種鉆頭，該鉆頭可以在行星表面幾種土壤類型上挖六英尺半深。
“ ExoMars的目標是評估土壤化學和礦物學隨深度的變化，”Sutter說。“也許在更深的地方可以更好地保存有機物。”
此外，來自”好奇號”的數(shù)據(jù)將持續(xù)輸入，評估這些數(shù)據(jù)將是一個重要的項目。Sutter說，如果任務(wù)今天結(jié)束，要完全理解已經(jīng)收集的數(shù)據(jù)，還需要進行多年的解釋和實驗室工作。
雖然其他星球上的生命概念令人興奮，而”好奇號”是一項技術(shù)成就，但進一步的行星研究仍面臨一些障礙。目前，許多科學家面臨的最大問題之一是缺乏資金，美國宇航局的科學家也面臨著同樣緊縮的預算。
Sutter最主要的擔憂之一是缺乏訓練有素的土壤科學家，他們實際上從事行星科學研究。他說，反過來，這個團體由地質(zhì)學家主導，這對于土壤科學家來說，要獲得有限的資金并在業(yè)內(nèi)發(fā)表自己的聲音將是一個挑戰(zhàn)。
Sutter說：”土壤科學不會止步于火星——還有其他地方，比如月球和小行星，它們的表層材料沒有固結(jié)，雖然這些在傳統(tǒng)意義上可能不被視為土壤，但土壤科學在研究這些材料方面仍然可以提供很多幫助。” Sutter還指出，隕石中的粘土礦物可能對那些研究土壤中粘土礦物形成的人感興趣。
盡管行星土壤科學家可能面臨障礙，但兩位研究人員都發(fā)現(xiàn)，他們所做的工作都獲得了豐厚的回報。Ming發(fā)現(xiàn)他工作最有趣的部分之一是意想不到的。
“每天我上班，我可以期待意想不到的的事情。每當我們獲得一個數(shù)據(jù)集時，我就會想：”這到底是怎么一回事？”數(shù)據(jù)往往完全出乎意料-這是我們原本沒有計劃到的，在這里，火星向我們拋出了這一結(jié)果?？偸怯行碌臇|西。”
盡管至今尚未公布”好奇號”研究結(jié)果的細節(jié)，但美國宇航局在12月舉行了一次新聞發(fā)布會，解釋初步結(jié)果。該機構(gòu)表示，火星車工作正常，已經(jīng)檢測到水、硫和含碳的氯化甲烷氣體。但是，科學家提醒說，含碳氣體可能不是來自火星的土壤，它可能是分析產(chǎn)生的，也可能是從地球上攜帶的。。美國宇航局的科學家敦促人們耐心等待，因為更多的數(shù)據(jù)被收集和分析。
除了”好奇號”將繼續(xù)發(fā)現(xiàn)的令人興奮的發(fā)現(xiàn)之外，Ming說他在該項目上的工作還有另一個好處：”很少有人可以說他們?nèi)セ鹦枪ぷ?。而且，沒有什么比我每天都在火星上工作更重要的了。”
