本文來(lái)自微信公眾號(hào)：Nature Portfolio（ID：nature-portfolio），作者：Alexandra Witze，原文標(biāo)題：《火星上的一年：NASA“毅力”號(hào)的地質(zhì)大發(fā)現(xiàn)》
自一年前登陸火星后，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的“毅力”號(hào)探測(cè)器已經(jīng)在巖石地帶穿行了三千多米，記錄了直升機(jī)在火星上的首次飛行，還收集了六份珍貴的巖石樣本。如果一切順利，這些巖石樣本有朝一日將連同更多的樣本一起被送回地球進(jìn)行研究。
在火星上的第一個(gè)地球年中，“毅力”號(hào)探測(cè)器使用采樣臂收集巖芯樣本并探索這顆紅色星球的地質(zhì)化學(xué)。來(lái)源：NASA/JPL-Caltech
“毅力”號(hào)于2021年2月18日在火星赤道以北的耶澤羅隕石坑（Jezero Crater）著陸，目的是尋找古生命跡象。（相關(guān)閱讀：《一起去火星吧！NASA毅力號(hào)任務(wù)圖解》）研究人員想讓這架造價(jià)27億美元的探測(cè)器在一個(gè)古老的三角洲開(kāi)展搜尋。此處曾有一條河流流入隕石坑，導(dǎo)致大量沉積物和巖石堆積——這種環(huán)境或可支持生命。但是探測(cè)器目前尚未抵達(dá)該三角洲。
圖片來(lái)源：NASA/JPL-Caltech
相反，“毅力”號(hào)花了一年時(shí)間探索隕石坑底部，已有不少驚人的發(fā)現(xiàn)，包括隕石坑地面是由火成巖構(gòu)成的，形成于數(shù)十億年前冷卻和凝固的熔巖。有些研究人員曾認(rèn)為隕石坑地面由沉積巖構(gòu)成，因風(fēng)力或水流沉積層隨著時(shí)間的推移而形成。然而該探測(cè)器發(fā)現(xiàn)了這一地貌的不同歷史。
火成巖這一發(fā)現(xiàn)很重要，因?yàn)榭茖W(xué)家可以通過(guò)分析巖石中放射性元素的衰變來(lái)確定巖石的形成時(shí)間。如果“毅力”號(hào)采集的巖石樣本返回地球，屆時(shí)研究人員將能夠首次測(cè)定火星表面特定位置巖石的年代。
在探測(cè)器著陸前，火星任務(wù)的科學(xué)家們不知道會(huì)中到火成巖這樣的“大獎(jiǎng)”?！耙疂闪_給了我們這樣一個(gè)驚喜?！盞atie Stack Morgan說(shuō)，她是噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory）此次任務(wù)的副首席研究員。
烈火往昔
當(dāng)“毅力”號(hào)在八月份開(kāi)始鉆探第一個(gè)樣本時(shí)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)耶澤羅隕石坑的地面構(gòu)成和他們想的不一樣。探測(cè)器在探索該區(qū)域的地質(zhì)時(shí)，磨掉了一塊巖石的外表面，露出新鮮的表面。這塊巖石很像地球上的火成巖，里面有很多小孔，邊緣有鹽類物質(zhì)。這些孔可能是水流過(guò)巖石時(shí)形成的。這意味著探測(cè)器正在觀察一塊曾與水流相互作用的古老火山巖石，這是個(gè)在火星上前所未見(jiàn)的適宜生命環(huán)境。“那是此次任務(wù)的光輝一刻?！盨tack Morgan說(shuō)，“這是個(gè)尋找古代巖石中生命跡象的理想之地。”
但是當(dāng)“毅力”號(hào)試圖鉆取巖芯時(shí)，巖芯碎裂并滑出了取樣管。（相關(guān)閱讀：《為何NASA的首次火星采樣宣告失敗？》）由于采樣過(guò)程是自動(dòng)化操作的，所以探測(cè)器最終只得到了一只密封的空管子。心態(tài)樂(lè)觀的任務(wù)科學(xué)家們將其標(biāo)記為火星大氣樣本。
“毅力”號(hào)上個(gè)月收集了第六份巖芯樣本（如圖所示，樣本保存在探測(cè)器的采樣系統(tǒng)中）。來(lái)源：NASA/JPL-Caltech/ASU
“你又不能給火星列一個(gè)心愿單，它想給你什么就是什么?！?麻省理工學(xué)院的地球生物學(xué)家Tanja Bosak說(shuō)。
一個(gè)月后，“毅力”號(hào)成功在另一塊曾受水流改變的火成巖中鉆取到第一對(duì)巖芯樣本（見(jiàn)“火星巖石樣本”；相關(guān)閱讀：《好耶！NASA毅力號(hào)成功取到第一塊火星巖芯》）。這種名為“Maaz”（譯注：納瓦霍語(yǔ)的“火星”）的巖石覆蓋了耶澤羅隕石坑的大部分地面。
探測(cè)器隨后向南和向西行使，繞過(guò)一個(gè)名為Seitah的沙丘地帶，再次采集了兩對(duì)樣本。（成對(duì)收集是為了增加樣本中能有一份返回地球的可能性。）任務(wù)科學(xué)家們此前曾認(rèn)為Seitah的巖石是沉積巖，因?yàn)閺囊曈X(jué)上來(lái)看，這些巖石似乎是由不同的沉積層組成的。但是隨著“毅力”號(hào)磨掉一些Seitah巖石的外表層后，另一個(gè)驚喜出現(xiàn)了：它們也是火成巖。
“毅力”號(hào)使用各種儀器分析巖石的化學(xué)成分后發(fā)現(xiàn)，有一種稱為橄欖石的粗大顆粒包裹在輝石礦物中。這兩種礦物質(zhì)通常存在于地球上的火成巖或者火山區(qū)。Stack Morgan說(shuō)，這有力地證明了Seitah巖石是在大量熔巖冷卻時(shí)形成的。橄欖石晶體首先形成，然后沉入冷卻的巖漿底部，最后在它們的周圍形成輝石，因此看起來(lái)像是沉積的層狀巖石。
Seitah巖石和Maaz巖石一樣，顯示出過(guò)去曾與水相互作用的跡象。加州理工學(xué)院地質(zhì)學(xué)Eva Scheller在美國(guó)地球物理學(xué)會(huì)12月舉辦的一次大會(huì)上報(bào)告說(shuō)，這些巖石甚至可能含有有機(jī)分子（產(chǎn)生于非生物過(guò)程），在一些火星隕石中出現(xiàn)過(guò)。
壓力“山大”
“毅力”號(hào)預(yù)計(jì)將總共采集至少30份巖石、土壤和大氣樣本，然后將這些樣本放在一個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)，以備未來(lái)取回，這可能將是首個(gè)火星樣本返回項(xiàng)目。將巖芯樣本送回地球?qū)⑹且粋€(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，需要另一架探測(cè)器將樣本取回，用火箭將樣本發(fā)射到火星軌道上，最后派出宇宙飛船在軌道上截獲樣本并帶回地球；整件事最早也要等到2031年。NASA和歐洲空間局（European Space Agency）正在就該計(jì)劃進(jìn)行合作。NASA本月宣布已經(jīng)敲定了一家承包商來(lái)建造將樣品送入火星軌道的火箭。
亞利桑那州立大學(xué)行星科學(xué)家、NASA火星樣本返回項(xiàng)目的首席科學(xué)家Meenakshi Wadhwa說(shuō)：“我們終于邁出了采集并有望帶回火星樣本的第一步，我感到非常興奮。我們已經(jīng)有了一些非常好的樣本，能評(píng)估火星上是否存在過(guò)古代生命?！?/span>
盡管“毅力”號(hào)已經(jīng)取得不少進(jìn)展，但是它面臨著越來(lái)越大的壓力，需盡快抵達(dá)期待已久的三角洲?！耙懔Α碧?hào)現(xiàn)正以最快的速度前往那里。2月早些時(shí)候，它創(chuàng)下了自己在火星上的長(zhǎng)距離行駛紀(jì)錄：?jiǎn)稳招谐坛^(guò)240米。即便如此，它也要到四月份才能到達(dá)三角洲。
時(shí)間非常緊迫，因?yàn)?strong>“毅力”號(hào)只剩下大約一個(gè)地球年的時(shí)間來(lái)完成其主要任務(wù)：抵達(dá)三角洲，在那里采集樣本，然后趕到隕石坑邊緣，將樣本放在某個(gè)地方以便日后取回。目前，探測(cè)器正在返回其著陸點(diǎn)的路上：它將沿途從Maaz巖石中再采集一對(duì)樣本，然后繞過(guò)沙丘地帶，抵達(dá)三角洲。“毅力”號(hào)的工作速度比NASA的“好奇”號(hào)快得多。“好奇”號(hào)自2012年在火星著陸以來(lái)一直在探索蓋爾隕石坑（Gale Grater）。“我們得繼續(xù)前進(jìn)。”Bosak說(shuō)。
一月份的時(shí)候，“毅力”號(hào)的鉆探系統(tǒng)被一些卵石卡住了，動(dòng)圖為其中一個(gè)攝像頭記錄下它抖掉卵石的一幕。來(lái)源：NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
盡管“毅力”號(hào)大部分操作都很順利，但是除了首次巖芯采樣失敗，還發(fā)生了一些小故障。去年12月，在一次采芯過(guò)程中，一些卵石掉出來(lái)卡在了采樣系統(tǒng)的機(jī)械裝置中。工程師們最終讓“毅力”號(hào)晃掉了卵石，解決了這個(gè)問(wèn)題。
馬德里天體生物學(xué)中心（Centre for Astrobiology）負(fù)責(zé)“毅力”號(hào)氣象儀器的首席研究員José Antonio Rodríguez Manfredi說(shuō)，最近幾周有意外的強(qiáng)風(fēng)將灰塵和小石子吹進(jìn)了探測(cè)器的幾個(gè)風(fēng)力傳感器中，傳感器因此損壞。
“毅力”號(hào)的助手“機(jī)智”號(hào)直升機(jī)則仍在奮力工作。研究人員原打算讓它在30天內(nèi)進(jìn)行五次飛行。但截止目前，“機(jī)智”號(hào)已經(jīng)進(jìn)行了19次飛行，行程超過(guò)3.8千米。目前它領(lǐng)先于“毅力”號(hào)，如果它能繼續(xù)發(fā)揮作用，將會(huì)用于偵察“毅力”號(hào)達(dá)到耶澤羅三角洲后的可行路線，以收集更多巖芯樣本。
Bosak說(shuō)：“三角洲的樣本一定很壯觀，我已經(jīng)要等不及了?！?/span>
原文以A year on Mars: How NASA’s Perseverance hit a geological jackpot為標(biāo)題發(fā)表在2022年2月17日《自然》的新聞版塊上
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