下一代火星車在哪兒著陸？

自發走到一起的行星科學家們正在為下一代火星車平安駛過資金的泥潭和科學的荊棘而不懈地努力……

談到火星探測，地質學家熱衷于巖石，而建造火星車的工程師們則正好相反。為此2007年10月底科學家們齊聚一堂來商討美國航宇局（NASA）的下一代火星車“火星科學實驗室”（MSL）究竟該在哪兒著陸（第二屆MSL著陸地點工作會議，關于第一屆會議的介紹可參見《太空探索》雜志2007年第9期第28頁）。在十幾輪的激烈投票之后，名單上的著陸地點所剩無幾。難怪此次會議的組織者不禁感嘆：“科學史上還有類似的情況發生過嗎？”

在此次MSL著陸點選址會議的最后，與會者把51個候選地點削減到了6個供NASA進一步考慮。盡管投票的過程是民主的，但是最后的結果卻未必就一定是好的。上一次在為“勇氣”號選擇著陸地點的時候，同樣的投票卻把它送到了一片被誤認為是古代湖床的熔巖地帶。這一次科學家們的目光不再局限于尋找火星上水的蹤跡，而是拓寬到了尋找那些在過去或者現在依然能儲存有機物的地方。因此現在擺在面前的最大問題是哪兒可以著陸？

“最終剩下的6個著陸地點囊括了所有我們感興趣的類型，”NASA艾姆斯研究中心的地質化學家大衛·馬雷（David Des Marais）說，“許多人為此做出了妥協，與會者積極地參與更是這一計劃成功的保證。”2008年8月，行星科學家們會再一次碰頭，商討出一個既安全又有科學價值的最終著陸地點。

新的挑戰

有5個探測器（全都來自美國）已經成功著陸火星。其中前兩個——“海盜”號著陸器在70年代使用減速火箭成功著陸——在著陸地點選擇上近乎是聽天由命、束手無策。最近的兩個——“機遇”號和“勇氣”號火星車使用氣囊著陸——的著陸地點選擇則得益于對著陸風險和科學前景的長期研究。在四次工作會議中，行星科學家們提出了185個著陸地點供“火星探險漫游者”（MER）計劃挑選，然后根據對火星的最新觀測資料挑選出了兩個看上去最安全并且最具有科學意義的地點。例如，根據環火星探測器拍攝的更為詳盡的照片可以精確地估計出照片中看不到的但對于著陸器來說卻是致命的巨石的數量。再由光譜可以找到那些含有只有在水中才能形成的赤鐵礦的地點。

這一由行星科學家們所支持的選址過程得到了豐厚的回報。兩輛火星車分別在火星兩側安全著陸，其著陸點環境與預期的基本一致。“機遇”號發現了大量的赤鐵礦，盡管這些赤鐵礦形成于含鹽的地下水中而不是原先認為的湖床底部。另一方面，“勇氣”號的結果卻讓人大吃一驚。根據對古謝夫環形山底部地質結構的分析發現，“勇氣”號的著陸地點并不是預想的古代湖床，而是缺水的巖漿平原。最后它行駛到了附近的丘陵地帶卻在那里偶然地發現了難以解釋的曾經和水相互作用的巖石。

這次，NASA將要發射的是火星車中的“悍馬”。MSL計劃服役2個地球年，重0.75噸（超過“機遇”號或者“勇氣”號的4倍），裝載9部儀器設備（其中每一樣都為此專門設計，包括一臺激光巖石化學分析儀），采用核動力。即使是著陸系統也是全新的。其著陸過程堪稱“驚心動魄”，MSL將首次在下降的最后1500米使用繩索懸吊著陸。這一切將耗資17億美元。

火星科學家更樂意看到的是發射更多類似“機遇”號和“勇氣”號那樣廉價的火星車（各耗資4.1億美元），但這不是NASA的風格，NASA現在要求每一個計劃都必須更大并且更好。很顯然MSL正好符合NASA的這一精神。“這是一個非常雄心勃勃的計劃，”美國噴氣推進實驗室（JPL）的MSL項目主管理查德·庫克（Richard Cook）在此次工作會議上說。他說，在會上工程師們商討著這一計劃所需要攻克的幾個難關，“在MSL上我們還有很多事情需要齊心協力”。

削減規模

并不是所有的問題最后都能得到解決的。根據NASA最近一次對該計劃的評估，MSL預計將超支5000萬～1億美元。其結果是，這一計劃不得不削減在儀器上的開支，并且將候選的著陸地點從12個縮減到5個?！拔覀兦宄匾庾R到選擇并且認證一個著陸地點是多么的復雜和費時，”庫克說，而且最終會變得費錢。對“鳳凰”號著陸地區致命巖石的新成像觀測顯示，“鳳凰”號將不得不重新選擇著陸地點。

MSL著陸地點的遴選過程持續大約2天，每個人有15分鐘的演講時間，然后是討論和投票。任何人只要你有著陸地點提案（以及旅費），你就可以在MSL指導委員會成員、其他提案人、受邀專家和對之感興趣的行星科學家以及他們的研究生面前陳述你的想法。隨后的討論則一方面專注于著陸地點的科學前景，另一方面專注于其在工程技術上的限制。緊接著就是投票：針對四個科學問題就每個地點亮紅、黃、綠牌。伴隨著一些善意的玩笑，投票人會就每個地點發表自己的看法。

結果是黃牌占了大多數。盡管嚴格來說投票是圍繞著陸地點的科學前景而不是火星車的物理性能展開的，但是投票有時候確實參雜了新的工程上限制的因素。例如，工程師們原來計劃使用一種特殊的干性潤滑劑來保證驅動和轉向系統以及搭載儀器的機械臂可以在-150℃下正常工作（這一溫度遠低于MER-50℃的極限）。MSL計劃主管邁克爾·沃特金斯（Michael Watkins）在工作會議上說，實驗顯示這種新型干性潤滑劑的壽命只有預期的20%。如果重新使用濕性潤滑劑，那么就會排除一個候選的著陸地點，并且讓那些緯度高于25°的地點變得岌岌可危。

火星車的機動性也沒有達到預期的要求。在第一次工作會議（見《太空探索》雜志2007年第9期第28頁）中許多科學家提出了先在直徑20千米的平坦安全地帶著陸然后駛向無法著陸的探測區域的方案。

但是在這次工作會議上，沃特金斯報告說，基于進一步的考慮，項目工程師預期MSL的機動性會和MER差不多，達到每天200米左右，而不是原先計劃的每天500米。最終，MSL必須使用放射性同位素熱電發生器來給它的電池充電，并由電池來提供動力，而不是直接由放射性同位素熱電發生器來驅動。沃特金斯說，我們要求科學探測目標必須在著陸區中心方圓10千米之內。這限制封殺了一些候選地點，并且使得提案人爭先恐后地尋找各自著陸區域的地質學賣點。

一些與會者大聲質疑，是不是地質學家們太專注于圖像資料了。美國亞利桑那州立大學的光譜學家史蒂文·拉夫（Steven Ruff）說，這可能會造成“第二個古謝夫環形山”。他說，一些地質學家把層狀巖解釋成湖水底部的沉積物，然而沒有討論盡管科學意義不大但卻極有可能的其他情況，例如火山灰層。這些考慮能巧妙地剔除不曾有水流過的層狀盆地。

礦物學而不是地質學才是最終的主要判據。絕大多數與會者把目光集中在搜尋粘土上，因為它是水和火成巖相互作用的產物，被當成是長期有水存在的一個信號。同時這也是一個可能存在生命的征兆，因為粘土可以長時間地承載有機物。任何一個缺乏存在粘土特征的候選著陸點都將面臨出局的結果。

一些人覺得這一要求可能有點苛刻了。許多地質生物化學家和天體生物學家—與會者中最小的群體—覺得人們太看重粘土了。他們說，存在粘土固然很好，但這并不就意味著一切。舉個例子，在形成于古代火星地殼中的粘土里尋找到早期生命的可能性遠沒有形成于火山湖三角洲中的粘土大。美國加州大學戴維斯分校的天體生物學家唐·薩默（Dawn Summer）指出，在首輪投票中境況慘淡的弗納爾環形山（Vernal Crater）就是由于一層薄薄的塵埃阻擋了光譜信號，因此科學家們無法判斷那里到底有沒有粘土。但是弗納爾環形山的提案人、NASA約翰遜空間中心的行星科學家卡爾頓·艾倫（Carlton Allen）卻注意到了那里存在湖底沉積物、湖岸、河床甚至是高溫泉水沉積物的證據。“這些東西極其重要，”薩默說，“我給弗納爾環形山亮的全是綠牌?！钡牵乱惠喌耐镀边€是把弗納爾環形山擋在了前十名之外。

在最后的議程中，工作會議又以探測到生命的可能性過低或者著陸地點科學意義不大為由剔除了4個候選地點，這樣最后只剩下了6個著陸地點。這剩下的6個地點對工程技術的要求已接近了目前可以達到了極限。計劃要求最后的候選著陸地點中有2個可以證明是安全的，但是就目前對潛在危險的分析表明，目前還沒有一個著陸地點能完全達標。最后的6個候選地點中有3個是前火山湖，這些是最受青睞的地點。但是其中有2個太靠南，這樣火星車著陸之后可能有1/3的時間不得不處于冬眠狀態。其他2個則是廣受地質學家們歡迎的地殼粘土地點，但是天體生物學家對此心存疑議。不過，薩默說：“結果還是比我預期的要好。”最后剩下的不同類型的著陸地點將會考驗NASA的工程師們，也許他們會告訴我們究竟哪些地方MSL能去，哪些不能。