火星大挑戰： 撿石頭回家

肖青梅

“逐火嘉年華”

中國長征五號火箭正在升空，將天問一號送往火星。

2020年7月，中國、美國和阿聯酋三個國家向火星發射了探測器，爭先恐后地前去探索這顆紅色星球。這是因為2020年7月底至8月中正好是一個火星探索的窗口期。除了對火星進行常規的環繞、登陸和巡視，中國和美國對于火星探索有更大的野心，那就是從火星上帶回巖石或塵土樣本。

火星探索窗口期

火星與地球之間的距離是變化的，每隔26個月，會有一小段時間，地火距離較近，而且地球處于最適合飛往火星的位置，這段時間被稱為“火星探索窗口期”。

熱鬧的火星

火星是太陽系中與地球最相似的一顆星球，從古至今，人類對火星的好奇從未間斷。而人類利用現代科技對火星進行的探測活動從60年前就開始了，共有47次火星探測任務，其中45%的任務成功完成。

這些送往火星的探測器有的環繞火星，近距離拍攝火星照片、搜集大氣信息;有的登陸火星，拍攝火星地表照片;有的自帶各種儀器，在火星上一邊巡游，一邊分析表面巖石樣本。目前，美國的好奇號火星探測器仍在火星上巡游，而數個航天器正沿著火星軌道飛行;三個新的火星探測器正飛往火星;載人登陸火星的計劃也已經提上了日程。然而，到目前為止，人類從未從火星上獲得過任何巖石樣本。

月球巖石揭示地月形成的奧秘

20世紀60年代的登月計劃不僅使人類登上了月球，而且帶回了許多月球巖石樣本，美國阿波羅載人登月任務帶回了2200塊總重382千克的月球巖石，前蘇聯的太空船也帶回了近半千克巖石樣本。中國計劃于2020年底實施月球采樣并返回的任務。

這些樣本對于科學家而言，比稀世珍寶還珍貴，它提供了有關月球的許多訊息，如月球上的巖石成分、月球的年齡等，而最大的發現是月球巖石與地球巖石在很多方面非常相似。這一發現使科學家們提出了一個地月系統形成理論：45億年前，一個火星大小的天體撞擊了新生的地球，撞擊產生的碎片環繞地球并最終積聚成了月球。

因此，巖石樣本是科學家揭示太空奧秘的重要線索。

月球巖石是如此珍貴，在2018年，三塊僅重200毫克的月球巖石竟賣出了85.5萬美元的天價。

撿石頭回家，解科學家心結

圖片展示了火星表面交織著的美麗溝壑，科學家認為，這些溝壑的形成很有可能與液態水的參與有關。

其實，各種火星探索任務已經為我們帶回了大量清晰入微的火星圖片，火星探測器也對火星土壤成分進行了分析，那么，為什么我們還要花那么多功夫和資金去火星上撿石頭呢？

火星探測器畢竟體積有限，而精密分析儀器體積通常很大;在地球上，有那么多精良的設備，那么多高端的實驗室和出色的科學家，可以從生物、化學等各個角度，深入到分子層面，挖掘更加豐富的火星信息。

這一任務的最大意義在于解開科學家們一直耿耿于懷的心結：火星上究竟是否存在過生命。以往的所有探索都沒有發現直接的證據來證明火星生命存在過。既然無法通過探測器找到證據，那么，就得把巖石帶回地球，集全球科學家和科技之力來尋找。

帶火星巖石返回地球有多難

人類在50年前就實現載人登月了，到今天卻還未實施過地球和火星之間的往返飛行，更別說從火星上帶回巖石樣本了，這比地月之間的飛行難很多。

火星比月球遠得多，中國曾經登月的嫦娥四號4天之內就到達了月球軌道，22天后降落在月球背面，如果降落在月球正面則更快，只需幾天;而前往火星的中國天問一號于2020年7月發射，要到2021年2月才能到達火星軌道，預計2021年4月才能著陸。距離使燃料的攜帶量增加，路程中的風險也增加。在如此遠的距離中自動執行多重任務也給技術上增加了難度。

除距離遠之外，火星大氣與地球大氣相比，非常多變，也給火星上的發射任務帶來了很多挑戰。

不過，人類的航天技術日新月異，已經突破了很多障礙，是時候迎接新的挑戰了。帶回火星巖石之后還有更大的挑戰——載人登陸火星。

中國天問二號的

火星樣本返回計劃

天問一號火星探測器想象圖

天問一號飛行效果圖

2020年7月23日，在位于海南的中國文昌航天發射場，巨大的長征五號火箭升空并進入預定軌道，成功為天問一號火星探測任務啟航。如果天問一號任務成功，執行采樣和返回的天問二號任務將于2028至2030年實施。

天問二號將攜帶兩組設備：軌道器/返回艙和巡視器/上升器/著陸器。前者到達火星軌道后在那里等候，后者則在火星上收集樣本，火星樣本會通過上升器發射至火星軌道，與前者對接，返回艙會將樣本帶回地球。

美歐的火星樣本返回計劃

美國宇航局和歐洲航天局也在聯手實施火星樣本返回任務，他們計劃從地球進行3次發射任務，分步驟完成，期望在2030年收到來自火星的石頭。

2020年7月發射的探測機器人到達火星后，會在火星表面收集巖石樣本，并放置在特定區域;第二次發射的是樣本回收和火星發射裝置，將已收集好的火星巖石樣本裝入一個籃球大小的容器中，并將它發射至火星軌道;第三次火箭發射任務將把地球軌道返回器送到火星軌道，接到裝有火星巖石的容器并將它帶回地球。

誰會第一個帶回火星石頭呢？我們拭目以待。

尋找火星生命的證據

火星地表呈現出水流痕跡，而且地下水冰廣泛分布于火星赤道之外的所有地區，而水是生命的基礎，有水的地方，就有存在生命的希望;同時，火星探測器還發現了一些礦物，它們類似于地球微生物活動后產生的物質。如果火星上存在過生命，那將是一個比原子彈爆炸更有沖擊力的消息，說明地球不是唯一存在生命的星球，我們在宇宙中不是孤單的。