欧洲的地球返回轨道器将跟踪并抓取在轨道上装有样本的容器。图片来源：ESA官网

从行星科学的角度来看，火星宛如地球的“孪生兄弟”。它们的形成时间、内部结构，乃至形成初期的环境都极相似。但在随后几十亿年间，这对“兄弟”却分道扬镳——地球生机盎然；火星却荒凉死寂。

火星为何会遭遇如此凄惨的命运？火星上是否曾有生命出现？为解开这些谜团，科学家一直希望能从火星采回样本进行研究，以揭示火星的“前世今生”。

多年酝酿，美梦终将成真！据美国《科学》杂志网站近日报道，由美国国家航空航天局（NASA）和欧洲空间局（ESA）共同设计的“火星采样返回”（MSR）任务现已敲定：耗资70亿美元，分四步走，从火星上采集约600克样本送回地球。

中国科学院国家天文台研究员、被称为“火星叔叔”的郑永春博士对科技日报记者表示：“2019年是阿波罗登月50周年，火星采样任务在某种程度上可与阿波罗计划相比拟。”

火星采样势在必行

为什么要进行火星采样任务呢？郑永春解释说，在太阳系内，火星是与地球环境最相似的星球，也是唯一有可能实现大规模移民的星球。目前，除了极少数火星陨石外，人类只能借助航天器进行遥感和原位探测。虽然，人类在火星陨石中发现了有机物，在大气层中检测到了甲烷，但目前火星上是否仍然还有生命？火星上是否曾经繁衍过生命？这些问题依然没有答案。而要想回答这些问题，只能寄希望于火星样本的研究。

英国伦敦大学学院的空间科学家安德鲁·科茨说：“火星采样任务将是太空探索领域最重要的任务之一。”

任务复杂分四步走

郑永春介绍，火星采样返回任务非常复杂，要分为采样、取样、交接、返回4个步骤。目前，美国在火星着陆方面的技术已经基本成熟，明年发射的火星车将采集火星岩石和土壤样本，并封装在样本管内；而2028年发射的另一辆火星车要把散落在火星表面的这些样本收集起来，封装在一个密封球体内，这个任务耗时很长，也很不容易。

郑永春强调说：“特别困难的是，火星采样返回任务，要在火星上自动发射火箭进入火星上空，与轨道器进行交会对接。这些任务在地球上有人参与的情况下，都是风险很高的技术，要在火星上无人参与的情况下实现，难度就更大了。”

返回火箭研发负责人、NASA马歇尔太空飞行中心的安吉·杰克曼也表示：“让样本离开火星并非易事，这将是人类首次从另一颗行星发射火箭。”

此外，为使用最少的燃料将样本送回地球，ESA希望借助离子推进器来推动地球返回轨道器。离子推进器将利用太阳能电池板产生的电能驱动离子，产生可持续数月的平稳脉冲，从而推动航天器前进。ESA的“贝皮·科伦坡”水星探测器正在使用这一方法前往水星。鉴于离子推进产生的推力较小，因此这一行程预计历时2年，而非9个月左右。欧洲空间局MSR负责人桑杰·维杰德拉姆说：“离子推进有缺点，但这意味着，我们可以利用欧洲现有技术完成这一任务。”

至于70亿美元的费用问题，郑永春表示：“阿波罗登月当时用了200多亿美元，相当于现在的上千亿美元。现在仍在火星上执行任务的‘好奇号’火星车，耗资26亿美元。所以，如果能实现火星采样的话，70亿美元实现人类历史第一次，并不算很多。”

希望发现生命证据

研究人员称，他们很难确切预测十年后将如何研究这些样本，但希望能发现火星上过去或现在存在生命的迹象。去年，“好奇号”火星车发现了两个富含有机大分子的地点，但它搭载的仪器不能鉴别出这些分子究竟源于生命还是由地质过程产生。

西班牙马德里天体生物学中心的玛丽亚-帕扎·佐尔扎诺也参与了MSR科学优先事项的认定工作。她说，地球上的科学家可以分析来自耶泽洛陨石坑中样本中同样材料内的碳同位素，以确定其是否源于生命。

如果样本内没有发现任何生命存在的迹象，他们也想知道具体原因。麻省理工学院行星科学家本杰明·魏斯说：“是因为火星不宜居，还是因为生命并没有产生过？”

科学家认为，数十亿年前，随着内核变冷，火星失去了自己的磁场，大气因此逃逸，火星表面变得寒冷干燥，并遭受强太空辐射的“侵蚀”。通过收集不同样本的数据并测量它们的古磁场，以及它们形成的环境，可以验证上述理论是否正确。如果上述情况属实，那么是否由于火星在很早之前就变得不宜居，以至于生命从来没有开始过。

原始状态或遭破坏

为了更好地了解火星，人类真是费劲了心思。“好奇号”“洞察号”以及“火星采样任务”中那些将陆续拜访火星的火星车、着陆器等等，在火星上“你方唱罢我登场”，给荒凉孤寂的火星增添了几分热闹和喧嚣。

佐尔扎诺说，随着人类探索火星的热情与日俱增，研究这一行星原始状态的机会变得日益渺茫。她说：“如果我们现在不介入，会错过这个独特的时刻。”

郑永春对此也深表赞同，他说：“随着世界各国对火星探测的兴趣日益增加，会有越来越多航天器登陆火星。”

以2020年的火星发射窗口为例，就将有美国、印度、阿联酋以及欧洲和俄罗斯合作的“火星太空生物”计划（ExoMars）的火星车发射；中国的火星探测器也将发射升空，并将执行环绕火星、登陆火星、火星车巡视勘察等任务。

郑永春略带忧心地指出：“这势必会威胁火星现有的原始状态，甚至还有可能把地球上的生命带到火星上。如果是这样的话，今后即便科学家在火星上找到了生命或生命的‘蛛丝马迹’，也很难区分它们到底是不是地球上带过去的。”

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