火星生命

编译 吴青

火星生命迄今仍然只存在于人们的想象中（写意图）

红色星球——火星作为地球的邻居，一直在引发人类的遐想。探测器发回地球的图像表明，火星表面非常荒凉。但与地球一样，火星也有沙漠、峡谷和山脉，只是火星的沙漠中没有仙人掌，其他地方也不见生命迹象。那么，火星上难道从来没有生命存在？

相似性

过去几十年来，多部探测器环绕或着陆火星，寻找生命迹象。其中最值得一提的是好奇号火星车（以下简称“好奇号”）。2012 年9 月14 日，在着陆火星40 天后，它令科学家很意外地发现了火星曾存在河流的疑似证据——圆石。在地球上，河流会把尖利的石头冲刷成圆石。那么，在火星上也会如此吗？如果的确如此，就说明过去的火星有水，甚至今天的火星上也可能有水。在地球上，包括微生物在内的所有生命都离不开水。那么，火星上是否存在或曾经存在过微生物？

现有证据表明，火星在数百万年前甚至数万年前都可能存在过液态水。火星堪称一个个头更小、温度更低的地球姊妹。科学家认为，39 亿~35 亿年前，火星温暖而湿润，当时的地球也如此。既然当时生命在地球上演化出来，并持续存在至今，那么火星是否也诞生过生命呢？

生命的组成包括碳、氢、氮、氧、磷、硫等元素。在地球上，几乎所有生命99%的构成都是这些元素。好奇号提取火星土壤样本进行检测，发现这些元素在火星上大量存在。

沉积物

基于好奇号的发现，科学家设计了毅力号火星车（以下简称“毅力号”），计划让它探索火星表面此前未被探索过的一个区域——耶泽罗陨石坑。环绕飞行器对火星的扫描表明，该陨石坑曾经是一个三角洲，它形成于大约30亿年前，而且它位于源自西北方向的一条蜿蜒“河道”的尽头。换句话说，河水可能曾灌满耶泽罗陨石坑，形成一个大湖。

在地球上，三角洲形成于一条河流与一个更大水体的交汇处，河流沉积物会堆积在三角洲底部。把地球上某处三角洲底部的泥浆样本放在显微镜下，可见其中含有大量微生物，其中一些微生物的出现时间甚至比恐龙还早。恐龙早已灭绝，而这些微生物至今仍存在，可见它们的生命何其坚毅。

几十亿年前，火星上就算有生命，也不可能是恐龙这样的大型动物，因为当时地球上也没有任何大型动物。所以，当时的火星上如果有生命就一定是微生物，而它们会在岩石中留下证据。那么，应该在火星上寻找什么类型的岩石来发现这种证据呢？

耶泽罗陨石坑曾经可能是水世界（想象图）

毅力号全景照（想象图）

地球给了科学家启发。在澳大利亚西部，他们发现了奇异的叠层石，这些岩石中有成堆的微生物化石——这不奇怪，因为叠层石通常形成于浅水环境中，而细菌等微生物能在这样的环境中繁衍。细菌细胞含有的黏性物质会吸附沉积物、泥浆或沙石，这样的细菌层层堆积在叠层石中。

黑燧石

毅力号的取样管

毅力号用取样管在火星上取样（想象图）

取样管

科学家猜测，耶泽罗陨石坑中可能也有叠层石。为了寻找这种岩石，科学家给毅力号配备了23 部相机，它们不仅能观察各方向，而且能分辨盐粒大小的岩石。其中两部相机位于毅力号的机械臂上。除了寻找叠层石，毅力号还要寻找黑燧石，这种岩石的内部有黑色斑点，它们其实是细菌细胞的化石。虽然在岩层中钻取黑燧石的难度很大，但科学家不遗余力地为毅力号配备了具有钻取黑燧石能力的钻头。

然而，就算毅力号能提取叠层石和黑燧石，它也没有能力当场查证这些岩石中是否包含古代微生物存在的证据。因此，这些岩石样本需要被送回地球做检测。毅力号上有40 多根取样管，它们位于机械臂末端的钻机内。复杂的设计让钻机不仅能钻进各种岩石，而且能保证在不导致样本碎裂的情况下取样。样本被送回毅力号上拍照、估算样本量，然后被封闭并妥善保存。

毅力号取样系统的设计和测试花了7 年时间。在此期间，毅力号整体被隔离于一个纯净环境中，目的是保证毅力号不会造成地球物质污染火星，而且保证未来毅力号从火星带回的是纯净的样本。为了做到这点，科学家对洁净室进行仔细解构，以杜绝污染源。在洁净室内，手套和工作装定期更换，电脑严格消毒，手机不得带入。

毅力号的取样管外观像试管，但取样管的内、外表面都有氮化钛涂层来阻止有机化合物附着。科学家说，这些取样管堪称地球上最干净的物品。

机灵号

为了确保毅力号将来能在火星上正常运作，科学家制作了与毅力号一模一样的乐观号来进行地面测试，测试环境几乎完全模拟火星环境。此外，按照计划，在毅力号着陆火星几个月后，它会释放机灵号微型直升机（以下简称“机灵号”）在火星地表上空飞行，这将是人类在外星上的又一创举。

让直升机在火星上飞行的难度极大，因为火星大气密度连地球大气的1%都不到。直升机飞行首先要有升力，而升力通过桨叶推动空气来产生。桨叶位于直升机顶部，其角度设计得能把气流向下引导。随着桨叶旋转，桨叶顶部气压下降，下方气压上升，这种气压差导致直升机上升。

地球的稠密大气让直升机飞行起来并不困难。但在火星上，要让直升机飞起来却不容易。为此，科学家给机灵号设计了大大的桨叶，而且桨叶转速很快，机灵号本身质量也很轻。2018 年，在一个被抽出了大部分空气的实验舱中，机灵号飞行测试取得成功。如果机灵号能按计划在火星上多次飞行，那么就能为未来的火星航天员提供宝贵的行进线路规划信息。

机灵号直升机在火星上飞行（想象图）

莫克西

毅力号上还有个“乘客”可能有助于把一个科学幻想——在外星生产氧气变成现实。这个“乘客”就是名为“莫克西”的一只金盒，它将测试有没有可能把火星大气转化为可呼吸的空气。火星大气不仅很稀薄，而且富含二氧化碳，因此无法供人类呼吸。莫克西将分离出二氧化碳中的氧原子，让氧原子两两结合形成氧气分子。

实际上，让飞船携带供火星之旅的航天员呼吸的氧气并不难，因为在火星载人任务中，航天员呼吸的氧气仅占火箭携带总氧量的很小一部分，而绝大部分氧是作为火箭助燃剂的液氧。仅凭人类现有的火箭推力，很难让火箭一次性携带足够火箭前往火星和飞船返航地球时所需的液氧。因此，如果能在火星地表就地取材制氧，就能大大降低人类往返地球和火星的难度。未来人类真能做到这一点吗？莫克西号可能会给出答案。

莫克西金盒

未来航天员在火星上制氧（想象图）

取样号

毅力号提取的火星岩石样本将怎样被送回地球呢？目前的计划是，在毅力号着陆火星后十年内，让取样着陆器前往火星，把样本接回地球。如果到时候毅力号依然在正常运作，那么它可以保存样本，直到取样着陆器到来后才把样本交给对方。但是，如果毅力号到那时已经失灵，交不出样本怎么办？因此，有科学家希望毅力号提前把样本放到地面上，等取样着陆器来取走。

如果是后一种情况，那么毅力号在将样本放到火星表面后，会在周围行驶小段距离，在此期间拍摄大量照片，精确记录样本所在地点。这样一来，就便于取样着陆器到来后立即取走样本。这说起来简单，操作起来却并不容易，因为需要取样着陆器自己辨识取样管。所以，科学家必须为取样着陆器设计复杂的拍照辨识功能。另外，如果毅力号提前将样本放到火星表面，那么时间一长，样本周围肯定会因火星沙尘暴而堆积沙尘，如此一来，取样着陆器识别样本的难度更大。

取样着陆器发射情景（想象图）

一旦取得样本，取样着陆器将把它们放进一枚小型火箭内部。至此，最大的挑战一是在火星表面发射火箭，二是这枚火箭升空释放样本后，地球返回轨道器需要准确完成抓取。样本进入地球返回轨道器之后会被层层保护，这一过程涉及一系列机制和设备，但好在科学家已经有提取月球样本并送回地球的经验。

新篇章

提取样本并返回会是很久之后的事，而怎样让毅力号安全着陆火星上的耶泽罗陨石坑才是科学家首先要考虑的难题，毕竟这个陨石坑很大又很深，坑壁陡峭。2019 年5 月，在地球上一个与耶泽罗陨石坑很有可比性的地方——死亡谷，科学家测试了毅力号的自动着陆系统。值得一提的是，之前的着陆器都只有一部电脑来指导着陆全过程，而毅力号有两部电脑联合指导着陆。测试结果表明，毅力号应该能完成着陆任务。

2020 年3 月，意外情况导致毅力号的发射时间可能推迟。这让科学家很着急，因为向火星发射探测器有时间窗口问题：每两个地球年火星环绕太阳一圈，因此在每两年中一段时间内地球与火星挨得最近，这段时间就是发射窗口期。要是错过一个发射窗口期，就得再等两年发射，其时间成本非常高昂。

2020 年7 月30 日，毅力号终于发射升空。开始了历时近7 个月的前往火星之旅。2021 年2 月18 日，在距离地球2.9 亿千米的地方，毅力号着陆火星。着陆期间，科学家看不到毅力号的图像，但导航数据证实毅力号在打开降落伞后明显减速，不过减速后的速度仍然高达320 千米/时。此时，毅力号与自己的防热罩分离，防热罩掉落，毅力号开始拍摄火星地表。在最终着陆前，毅力号点燃制动火箭，开启天空起重机。

毅力号成功着陆后，传回了自己的着陆图像。由此，对火星生命的探索开启新篇章，但依然任重道远。

毅力号登陆火星（想象图）

登陆火星一年后的毅力号