[科普中國(guó)]-NASA毅力號(hào)成功著陸火星！它會(huì)在哪里尋找火星生命？

北京時(shí)間2021年2月19日凌晨， 本屆火星賽季第三位出發(fā)的選手，NASA毅力號(hào)探測(cè)器（也叫Mars 2020）順利踏上火星這顆紅色星球。

毅力號(hào)登上火星后傳回的著陸區(qū)表面照片 | NASA/JPL-Caltech

八年前將好奇號(hào)送上火星的空中吊車黑科技，再次在火星上空上演。

毅力號(hào)火星車著陸過程CG，一定要帶耳機(jī)聽，非?？醸NASA/JPL-Caltech [1]

作為好奇號(hào)火星車的進(jìn)階版，毅力號(hào)延續(xù)了好奇號(hào)的使命，繼續(xù)尋找火星上可能的水和生命痕跡。

好奇號(hào) vs 毅力號(hào) | NASA/JPL-Caltech

相比好奇號(hào)，毅力號(hào)不僅升級(jí)了很多儀器設(shè)備，還攜帶了一個(gè)小型無人機(jī)“機(jī)智號(hào)”。

無人機(jī)概念圖 | NASA/JPL-Caltech[2]

此外，毅力號(hào)還將采集火星的巖石和土壤樣品。不過它無法帶著樣品返回地球，只能先將樣品保存起來，留待將來的火星返回任務(wù)帶回地球。

毅力號(hào)（Mars2020）采樣返回的超時(shí)空接力，(2)(3)(4)任務(wù)可以一次完成，也可以分期完成，豐儉由人|漢化自：Nature News[3]

關(guān)于毅力號(hào)火星車的詳細(xì)介紹去年7月發(fā)射的時(shí)候就寫過：NASA毅力號(hào)啟程奔赴火星，本屆火星季圓滿落幕**，**感興趣的回去補(bǔ)補(bǔ)課，這期就不重復(fù)說了。

**這輛價(jià)值20多億美元、凝聚了人類火星探測(cè)黑科技的火星車，要送去哪里探測(cè)？**這么重要的事，估計(jì)擱誰都有選擇綜合征…NASA當(dāng)然也不例外。

火星車選址，有多講究？

火星車的著陸選址，是很講究的，因?yàn)檫@既關(guān)系到**火星車一輩子的行駛安全，也直接關(guān)系到火星車可能發(fā)現(xiàn)什么樣的科學(xué)信息****。**為此，NASA不僅廣泛征集建議，還花了五年多時(shí)間讓工程師和科學(xué)家們充分調(diào)研和battle。

著陸區(qū)首先需要滿足工程上的要求****，必須優(yōu)先選擇更安全靠譜的著陸點(diǎn)。對(duì)火星來說，這個(gè)“安全靠譜”通常需要：

1）緯度較低，最好在南北緯30度以內(nèi)，這樣著陸區(qū)溫度不會(huì)太低；

2）地勢(shì)較低，讓探測(cè)器在著陸時(shí)可以有更久的大氣緩沖時(shí)間；

3）地形盡量平坦、易于著陸或抵達(dá)；

等等等等。

2013年，共有60多個(gè)備選著陸區(qū)進(jìn)入海選，粗篩之后，剩下了32個(gè)。

最開始提出的所有候選著陸點(diǎn) | Science Definition report (Mustard et al,2013)[4]

符合初篩條件的候選著陸點(diǎn) | NASA Mars 2020第一次研討會(huì)[5]

對(duì)這些備選著陸點(diǎn)，工程師和科學(xué)家們針對(duì)多項(xiàng)實(shí)際工程需求進(jìn)行打分排序，主要考慮的工程需求有：需要額外影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量、能否著陸或駛達(dá)、是否需要啟用兩項(xiàng)精確著陸新技術(shù)（范圍觸發(fā)技術(shù)和相對(duì)地形導(dǎo)航技術(shù)）等等。

到2014年的第一次選址研討會(huì)結(jié)束時(shí)，27個(gè)備選著陸區(qū)被選中。

毅力號(hào)第一次選址研討會(huì)關(guān)于工程指標(biāo)的投票結(jié)果排序（最高分3分，最低分1分） | Mars 2020 Landing Site Workshop

在基本滿足了安全著陸的工程需要之后，科學(xué)家們進(jìn)一步逐一評(píng)估每個(gè)著陸點(diǎn)的科學(xué)意義：盡管火星如今是寒冷而干燥的生命荒漠，但曾經(jīng)卻有過溫暖而濕潤(rùn)的環(huán)境，可能孕育過生命。如果火星生命真的曾經(jīng)存在過，那或許會(huì)留下點(diǎn)什么，等待著毅力號(hào)來探索。

既然想要尋找生命痕跡，當(dāng)然要去最可能產(chǎn)生和保存生命遺跡的地方嘛。科學(xué)家們考慮了這些指標(biāo)：是否具有有特色的地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)歷史、是否曾具備生命宜居環(huán)境、是否具備保存生物標(biāo)志物的條件和可能性、可采集到樣品的天體生物學(xué)和巖石學(xué)價(jià)值如何。

毅力號(hào)第二次選址研討會(huì)關(guān)于科學(xué)指標(biāo)的投票結(jié)果排序（最高分5分，最低分1分）|漢化自：Mars 2020 Landing Site Workshop

終于，在2015年的第二次選址研討會(huì)上，毅力號(hào)的**備選著陸區(qū)前8名出爐****[**6]。

第二次研討會(huì)之后的8個(gè)候選著陸點(diǎn)位置|NASA [6]

到2017年第三次選址研討會(huì)，科學(xué)家們繼續(xù)按照科學(xué)指標(biāo)排名，把備選著陸區(qū)進(jìn)一步縮小到了3個(gè)[7]。

第三次研討會(huì)之后的3個(gè)候選著陸點(diǎn)位置 | NASA[7]

三個(gè)候選點(diǎn)分別是：

·古謝夫撞擊坑中的哥倫比亞山：可能有過溫泉之類的熱液環(huán)境，勇氣號(hào)火星車曾經(jīng)戰(zhàn)斗過的地方；

·杰澤羅撞擊坑：可能往復(fù)經(jīng)歷過湖水的流入和干涸，有著古老的湖泊三角洲；

·大瑟提斯東北：曾經(jīng)溫暖而濕潤(rùn)、有過火山活動(dòng)。

它們都可能曾經(jīng)有過適宜生命存活的環(huán)境。

最后一公里總是最困難的，

火星車只有一輛，地方只能去一個(gè)，

但到了最后階段，每個(gè)候選點(diǎn)都有著自己獨(dú)特而難以割舍的優(yōu)勢(shì)。

然而決定還是不得不做的。第四次選址研討會(huì)之后，NASA于2018年11月20日公布了這個(gè)千挑萬選的“風(fēng)水寶地”——杰澤羅撞擊坑**[**8]。

杰澤羅撞擊坑全景，白圈是毅力號(hào)的著陸橢圓范圍| NASA/JPL/MSSS/JHUAPL/ESA/DLR/FU Berlin/Justin Cowart

“風(fēng)水寶地”在哪里？

杰澤羅撞擊坑位于北半球赤道附近(18.42°N，77.67°E)，火星從南半球崎嶇高地向北半球平坦低地過渡的交界上。

杰澤羅撞擊坑位于紅框區(qū)域中。（左）海盜號(hào)全球拼接影像；（右）MOLA地形（越藍(lán)越低，越紅越高）。

來源：Viking/MOLA，制圖：haibaraemily

這個(gè)坑還位于直徑約1500公里的伊西底斯盆地內(nèi)，2003年，歐空局火星快車號(hào)任務(wù)攜帶的著陸器小獵犬2號(hào)著陸失敗，就埋骨于這個(gè)撞擊盆地之中。而與杰澤羅撞擊坑毗鄰的尼利槽溝和大瑟提斯也都曾是毅力號(hào)火星車的熱門備選著陸區(qū)。

（左）海盜號(hào)影像，來源：Viking，制圖：haibaraemily（右）MOLA地形 | Mars2020第三次研討會(huì)Tim Goudge報(bào)告[9]

除了杰澤羅撞擊坑和大瑟提斯東北之外，科學(xué)家們還在選址的最后階段提出過一個(gè)位于兩者之間的折衷位置，取名也很實(shí)誠(chéng)，就叫中途區(qū)（Midway），讓火星車從中途區(qū)慢慢開往杰澤羅撞擊坑。不過這個(gè)點(diǎn)最終沒有被選中。

該區(qū)域的MRO CTX拼接影像，原始分辨率5米/像素。來源：CTX [10]，制圖：haibaraemily

湖泊三角洲：保存生命遺跡的“綠洲”？

那么，杰澤羅撞擊坑又有什么脫穎而出的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)呢？

這個(gè)撞擊坑直徑約45千米，是火星古老的諾亞紀(jì)，也就是約41-37億年前這段時(shí)間里被一顆公里級(jí)大小的小天體撞擊而成的。

火星地質(zhì)年代和不同時(shí)期的主要地質(zhì)事件|漢化改編自：參考資料[11]

撞擊坑形成之后，這里曾一度成為一個(gè)古湖泊，在火星溫暖濕潤(rùn)的年代，湖水可能至少有250米深[12]，火星上的微生物就有可能在這里生息繁衍過。

杰澤羅撞擊坑湖水充盈年代的假想圖|NASA

這個(gè)撞擊坑以波黑的“杰澤羅鎮(zhèn)”命名，“杰澤羅”這個(gè)詞在塞爾維亞語(yǔ)中意思就是“湖”。

波黑小鎮(zhèn)和自治市名|維基

不過，同為古湖泊遺跡，杰澤羅撞擊坑和好奇號(hào)著陸的蓋爾撞擊坑又有所不同。

（左）蓋爾撞擊坑，基于NASA多個(gè)火星環(huán)繞器影像數(shù)據(jù)的電腦模擬；（右）杰澤羅撞擊坑，火星快車HRSC影像

蓋爾撞擊坑曾是個(gè)封閉的古湖泊，水能進(jìn)來，但流不出去；而杰澤羅撞擊坑則曾是個(gè)開放的古湖泊，有入口也有出口。

（左）蓋爾撞擊坑和（右）杰澤羅撞擊坑有湖水狀態(tài)的假想圖 | NASA

遙想約35億年前，液態(tài)水從撞擊坑邊緣流入，切割此處的基底形成了河道，又沖破撞擊坑另一側(cè)邊緣流出。如今的杰澤羅撞擊坑附近，依然至少可以看到兩條河道流入坑中，又從另一條河道流出的遺跡。河谷入口處形成的扇形三角洲保留至今，而毅力號(hào)火星車就降落在這片三角洲附近。

杰澤羅撞擊坑中的流水活動(dòng)遺跡，CTX+HRSC+HiRISE圖像合成|改編漢化自：Mars 2020第三次選址研討會(huì)Tim Goudge報(bào)告[9]

杰澤羅撞擊坑一帶還有著富含粘土、橄欖石、碳酸鹽等豐富礦物的沉積物，可能是曾經(jīng)的液態(tài)水環(huán)境中形成和搬運(yùn)來的?；鹦潜砻鎻?qiáng)輻射的環(huán)境會(huì)破壞可能存在過的生命痕跡，但這些三角洲中快速掩埋的沉積物卻很有利于生物標(biāo)志物的保存。

MRO CTX影像和CRISM光譜圖像的疊加圖，不同顏色代表不同的礦物 | NASA/JPL/JHUAPL/MSSS/Brown University [8]

不止流水的改造，火山活動(dòng)也曾波及到這里。杰澤羅撞擊坑底部大部分區(qū)域都被火山物質(zhì)覆蓋，坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)的高鈣輝石和低鈣輝石礦物很可能就是火山活動(dòng)的產(chǎn)物。

杰澤羅撞擊坑一帶的地質(zhì)單元圖，灰色區(qū)域全部都是火山物質(zhì) |漢化自：參考文獻(xiàn) [13]

再然后，流水退去、火山平息，這里慢慢變得干燥荒蕪。隨著火星變得“死寂”，之前一直沒什么存在感的風(fēng)掌管了幾乎一切。杰澤羅撞擊坑底部和諸多火星撞擊坑內(nèi)一樣，留下了大量可能至今還在活躍的風(fēng)成地貌——沙丘和沙波紋。

杰澤羅撞擊坑底部的沙波紋。MRO HiRISE影像，原始分辨率25厘米/像素 | NASA Photojournal PIA19303

總結(jié)一下呢，杰澤羅撞擊坑里簡(jiǎn)直是一個(gè)跨年代、多場(chǎng)景的火星歷史博物館，這里保存著三角洲流水地貌、豐富的礦物沉積物、火山活動(dòng)產(chǎn)物，以及可能孕育生命和保存生命痕跡的環(huán)境…這些都是毅力號(hào)火星車夢(mèng)寐以求的。

毅力號(hào)的旅程

行星科學(xué)家們?cè)诘谒拇芜x址研討會(huì)上為毅力號(hào)火星車規(guī)劃了兩條行進(jìn)路線，實(shí)際路線會(huì)按照具體著陸位置來調(diào)整。

Mars 2020火星車目前的2條規(guī)劃路線|毅力號(hào)第四次研討會(huì)Jezero撞擊坑最終評(píng)估報(bào)告[14]

著陸之后的毅力號(hào)將首先探索這個(gè)古老湖泊富含堆積物的河床和三角洲，然后是古湖泊曾經(jīng)的河岸線，穿過一片片年輕的沙灘和沙波紋，翻越近500米的“高山”，也就是杰澤羅撞擊坑的坑緣……這將是毅力號(hào)火星車頭兩年的旅程。

“俯瞰”毅力號(hào)著陸區(qū)和行駛路線 | NASA/JPL-Caltech

如果毅力號(hào)能夠和它的前輩們——超長(zhǎng)待機(jī)的機(jī)遇號(hào)、好奇號(hào)火星車一樣爭(zhēng)氣的話，它將在此后漫長(zhǎng)的一生里擔(dān)任我們?nèi)祟惖摹把劬Α焙汀半p手”，領(lǐng)略不同的火星景色，探索豐富多彩的火星地貌，給我們帶來更多驚喜和傳奇。

機(jī)遇號(hào)和好奇號(hào)火星車的行駛軌跡 | NASA/JPL-Caltech

而在不遠(yuǎn)的三個(gè)月后，中國(guó)的天問一號(hào)攜帶的火星車也將著陸火星，加入這場(chǎng)近距離探索火星表面的征程。

天問一號(hào)計(jì)劃著陸在北半球?yàn)跬邪钇皆粠?，不過具體著陸在哪里，還要先等天問一號(hào)的環(huán)繞器仔細(xì)考察一番再做決定。

底圖為火星地形偽彩色圖，越藍(lán)表示越低，越紅表示越高。陰影區(qū)域是天問一號(hào)初步的計(jì)劃著陸區(qū)

磨刀不誤砍柴工，大家安心等待天問一號(hào)的好消息吧!

參考資料

[1] Perseverance Arrives at Mars: Feb. 18, 2021 (Mission Trailer)

https://mars.nasa.gov/resources/25473/perseverance-arrives-at-mars-feb-18-2021-mission-trailer/

[2] Mars Helicopter to Fly on NASA’s Next Red Planet Rover Mission

https://www.nasa.gov/press-release/mars-helicopter-to-fly-on-nasa-s-next-red-planet-rover-mission

[3] NASA plans Mars sample-return rover

https://www.nature.com/news/nasa-plans-mars-sample-return-rover-1.15207

[4] https://mepag.jpl.nasa.gov/reports/MEP/Mars_2020_SDT_Report_Final.pdf

[5] Mars2020第一次研討會(huì)

https://marsnext.jpl.nasa.gov/workshops/index.cfm

[6] 2015年8個(gè)候選點(diǎn)

https://mars.nasa.gov/mars2020/timeline/prelaunch/landing-site-selection/eight-potential-sites/

[7] 2017年3個(gè)候選點(diǎn)

https://mars.nasa.gov/mars2020/timeline/prelaunch/landing-site-selection/

[8] NASA | NASA Announces Landing Site for Mars 2020 Rover

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-announces-landing-site-for-mars-2020-rover

[9] Tim Goudge報(bào)告https://marsnext.jpl.nasa.gov/workshops/wkshp_2017_02.cfm

[10] Mars2020 Landing Site Working Group 2.0

http://murray-lab.caltech.edu/Mars2020/

[11] Weiss, B. P., Russell, C. T., Anderson, B. J., Kirschvink, J. L., Golombek, M. P., Raymond, C. A., & Murphy, N. (2014, March). Mars Compass: a magnetometer for the Mars 2020 rover. In Lunar and Planetary Science Conference (No. 1777, p. 2696).

[12] The Planetary Society | We're going to Jezero!

http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2018/jezero-landing-site-mars-2020-rover.html

[13] Horgan, B.H., Anderson, R. B., Dromart, G., Amador, E. S., & Rice, M. S. (2020). The mineral diversity of Jezero crater: Evidence for possible lacustrine carbonates on Mars. Icarus, 339, 113526.

[14] Mars2020第四次研討會(huì)Jezero撞擊坑最終評(píng)估報(bào)告

https://marsnext.jpl.nasa.gov/workshops/wkshp_2018_10.cfm