NASA 能否将火星样本带回地球？

在考虑到技术和财务上的障碍，为样本返回任务着想，NASA 面临着很高的风险。

几十年来，研究火星的科学家一直羡慕着太空船将月球的碎片、小行星的碎块甚至太阳风的样本带回地球进行研究。现在，只有当 NASA 和欧洲航天局（ESA）能够成功完成一项复杂而大胆的任务时，其中一些研究人员才有可能最终收到来自这颗红色星球的岩石样本。

多年来，这两家机构一直在计划发送宇宙飞船前往火星，在2027年或之后的时间收集NASA“毅力号”探测器采集的岩石样本。但技术和财务上的障碍可能会破坏这个价值数十亿美元的计划。

上个月，NASA表示希望在即将到来的财政年度拨出近10亿美元用于火星样本返回计划，这是一笔巨额资金，可能会迫使该机构动用其他科学预算。这将影响其他项目，可能会延迟计划中的日地物理学任务等。而火星样本返回计划非常重要：毅力号已经收集了一组科学上令人惊叹的岩石样本。在去年12月和今年1月，探测器将十个雪茄大小的管子，装满了来自火星大气中的岩石、土壤和空气，放置在了火星表面的一个平坦区域，等待未来的任务来取回这些样本（见“样本库”）。

在未来几个月，NASA和欧空局将不得不就任务的具体内容和他们认为可以花费多少做出关键决策。“我们一直在探讨控制火星样本返回计划成本的问题，”NASA科学主管尼古拉·福克斯（Nicola Fox）在3月23日的一次关于该机构预算的市政厅会议上表示。“我们正在对此进行非常非常深入的调查。”

复杂的任务 

NASA和欧空局已经就火星样本返回任务的基本轮廓达成一致。欧空局计划在2027年之后，发射一艘宇宙飞船前往火星，并绕行火星。接下来的一年，NASA将会派遣另一艘宇宙飞船降落在行星表面，位于或靠近耶泽罗撞击坑（Jezero Crater），这是毅力号正在探测的地方，并将岩石样本放入一个容器中。随后，一枚携带容器的火箭将离开火星表面，进入轨道，与欧空局的宇宙飞船会合，并将其带回地球，最早在2033年降落在犹他州的沙漠中。

整个任务需要完成很多步骤，每一步都必须成功才能实现。 “任务仍然很复杂，” NASA总部的火星样本返回项目主管杰夫·格拉姆林（Jeff Gramling）在会议上说。

在火星样本返回任务中需要的新发明包括从火星表面发射的火箭和带有轮子和爪状夹子的微型直升机。如果毅力号无法将其存储在肚子里的样本交给NASA未来的着陆器，这些直升机将从着陆器释放，并抓取早期放置在地面上的样本。它们将模仿伴随“毅力号”前往耶泽罗撞击坑的直升机机智号（Ingenuity），机智号迄今已经完成49次飞行。

然而，NASA在3月13日发布的预算提案中透露，计划中的两个直升机中的一个可能需要被削减以节省资金。该提案还建议推迟一项太空天气任务——地球空间动力学星座计划，以腾出资金用于火星样本返回。 

“问题在于，目前不清楚会有多少成本增长，以及这将如何影响不仅行星项目，而且NASA的整个项目，”马里兰州劳雷尔约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家路易丝·普罗克特（Louise Prockter）说。该计划面临的另一个问题是，NASA对火星样本返回的许多贡献都由其在加利福尼亚州帕萨迪纳市的喷气推进实验室管理，该实验室的管理问题推迟了原定于去年的“灵神星”小行星任务的发射，并且已经无限期地暂停了一项金星任务。 

在接下来的几个月里，NASA和ESA将最终确定所有火星样本返回组件的设计，并确定任务的第一个综合成本估算。此时，这两个机构将组建一个独立的评审委员会（目前正在组建），以评估设计、进度和所需资金。所有这些都是在其他火星任务之上的：NASA已经扩大了对ESA计划中的罗莎琳德·富兰克林火星车的支持，但当时的合作伙伴俄罗斯入侵乌克兰导致计划受挫。而NASA也推出了一组新的自己的火星机器人任务。

高价值岩石

然而，NASA和ESA正在继续前进。他们正在制定返回地球后如何处理火星样本的程序，包括新的行星保护协议，用于对轨道样本容器的尘土飞扬的外部进行消毒。 这些机构正在召集一组研究人员，以确定样本进入地球实验室后需要进行哪些科学测量。

所有这些都非常重要，因为毅力号所收集的样本价值极高。该车于2021年2月降落在耶泽罗撞击坑，并自那以后行驶了近17公里，收集了不同类型的岩石，这些岩石可能揭示火星历史的一些信息。这其中包括收集可能包含火星上生命存在证据的样本，这是该任务的主要目标。

已经存储的10个样本管对于火星科学研究来说至关重要。其中一些包含火成岩（ igneous rocks），这些岩石是从熔岩直接凝固而成的，将使科学家首次能够确定火星表面的年龄。

而两个位于Hogwallow Flats和Yori Pass的采样点采集的样品含有由细粒沉积物与水随时间相互作用形成的岩石——这是生命可以生存的理想环境。（耶泽罗撞击坑曾经是一个由河流供应的湖泊，留下了古老的河流三角洲。） 

上个月在得克萨斯州伍德兰举行的月球和行星科学会议上，俄勒冈大学尤金分校的阿德里安·布罗兹（Adrian Broz）描述了水通过Hogwallow Flats岩石渗透可能改变了它们的外观和化学性质。

而西弗吉尼亚大学摩根敦分校的凯西·贝尼森（Kathy Benison）则谈到了毅力号检测到的岩石中的硫酸盐矿物，说如果古代有机体存在的话，这些矿物有很好的保存生命标志的机会。 

与此同时，毅力号不断地前进。最近几周，它已经爬上耶泽罗撞击坑的古老河流三角洲，并正在穿越壮观的河流沉积物露头，一路采集更多样本。

3月30日，它从三角洲的一块富含碳酸盐的岩石上采集了第19个样本。碳酸盐是另一种能够很好地保存过去生命迹象的矿物质。