“好奇”号登陆火星

计划，其中包括4个轨道器和4个着陆器，从逻辑上说，“好奇”号火星探测任务正是它的下一步。这些从前的探测任务对火星进行了全面勘测，以寻找火星曾经有过液态水的证据。该计划中的两个轨道飞行器（“火星快车”和“环火星巡逻者”）在火星上发现了若干个可能曾经有大量的水流淌了相当长时间的地点，当时的条件足以容许生命立足，这标志着该计划达到了巅峰。

价值25亿美元的“好奇”号火星车被送往火星去详细考察一个地点，以进一步调查上述发现，该地点有着比以往的火星着陆器所勘探之处更为古老的岩石。“好奇”号配备有11台科学仪器以及12部辅助用的工程相机，其尺寸比“勇气”号和“机遇”号加起来还要大一倍。它将查明这些古老的火星岩石中是否有证据可以表明远古火星上有适宜生命存在的条件——液态水、能量来源和有机物质（富碳化合物）。

和“勇气”号和“机遇”号一样，“好奇”号将借助于它的六轮驱动系统、桅杆和车体上的相机、以及集成多种工具的机械臂，去探索其着陆点。但是，为了理解当时盖尔环形山的古代岩石所处的化学和气候环境，“好奇”号还载有迄今在其它行星上着陆的最精密、最尖端的科学仪器。

安装在“好奇”号桅杆上的化学分析仪与摄像机（ChemCam）可以向目标岩石发射激光脉冲，利用望远镜式分光仪来分析生成的炽热等离子体，以查明其元素构成。8月19日，ChemCam的激光轰击了第一块目标岩石，证明了它是一块典型的火星玄武岩（火山岩）。

在“好奇”号的车体中有两个小型实验室。化学与矿物学分析仪（CheMin）将首次对火星矿石样品进行直接鉴定。另一个实验室是现场样本分析仪（SAM），它可以“嗅出”轻元素构成的化合物成分，例如土壤和大气中的有机物。在机械臂顶端有一个30千克重的转台，其中安装有敲击式钻头和一套复杂的样品处理机构，它可以将土壤和岩石的粉末进行分选并等分为小份，以便送入CheMin和SAM。

“好奇”号火星车由一台放射性同位素温差发电机（RTG）供电，目前它的输出功率达到了115瓦（高于设计的105瓦）。使用RTG电源意味着“好奇”号的任务期不会受制于沉降在太阳能电池板上的灰尘；RTG的设计寿命为14年，远远高于“好奇”号任务2年的最低期限。

盖尔环形山直径达154千米，“好奇”号的椭圆形着陆区大小为7千米×20千米，是环形山底部的一块平坦区域，实际着陆点距离着陆区的中心仅有不到2千米。工程师们相信，这块平坦地区对于着陆是一个安全地带，但它不是“好奇”号将要探索的地点。“好奇”号的最终目的地是一座由沉积岩一层层堆垒起来的、5500米高的山丘，它位于环形山的中心，正式名称是伊奥利亚土丘（Aeolis Mons）。

正如事前所预料，早期的彩色图像显示，这里的地形比其它所有着陆器看到的地方都更加壮观。Grotzinger说：“环形山的边缘看上去就像地球上的一道山脉。”他把那里的景象比作是地球上的莫哈韦沙漠（Mojave Desert，位于加利福尼亚州西南部。——译者注）中的地形。至于盖尔环形山里的那座土丘，科学家们非正式地称之为夏普山（Mount Sharp），以纪念加州理工学院地质学家Robert P.Sharp，他最近刚刚去世。“我们早就知道，从地面上看去，它会显得非常壮观。所有这些小孤丘和平顶山——你可以意识到，当穿过那些山谷时，它们将显得多么壮观，就像在亚利桑那的平顶山群中穿行一样。”

环形山里的神秘土丘

近年来有四架火星轨道器：“火星环球勘测者”、“火星奥德赛”、“火星快车”和“环火星巡逻者”（MRO）。为了给“好奇”号找到一个合适的着陆地点，数百名火星科学家花费了好几年的工夫来解读它们的数据。在选择过程中，有一段时间盖尔环形山实际上已被排除出候选名单，因为它并未显示出强烈迹象表明其中有必须在水中才能形成的矿物。由于担心名单中缺少高程较低的候选地点，科学家们又重新加上了盖尔环形山，它是其中高程最低的一处。但它的呼声仍然不及其它候选地点。

当JPL的一位年轻光谱学家Ralph Milliken从MRO的数据中发现，盖尔环形山有一种名为绿脱石（nontronite）的粘土矿物存在的迹象时，情况改变了。最早主张探测“盖尔”的科学家之一、行星地质学家Jim Bell（当时属康奈尔大学）给他的研究生Ryan Anderson布置了一项作业——检查MR0拍摄的“盖尔”的高清晰度图像，以重构其地质史。Anderson深入研究了这一大批宝贵数据，他发现，自己审阅的数据越多，

“盖尔”的地质史就显得越有趣。

“在火星上有几个地点的高程更低，但是盖尔环形山是地面上的一个极深的洞”，Anderson说。然而，“盖尔”也是地面上的一个类型罕见的洞：它包含一座中央峰，峰顶现在比环形山的边缘还要高。对于这种现象最流行的假说认为，这座山峰完全是一大堆沉积物的遗迹，这些沉积物过去曾完全填满了环形山。它们是随着水流从外界进入盖尔环形山的，但由于没有出泄口，全都淤积在了“盖尔”之中。后来，风的侵蚀作用搬走了其中很大一部分堆积物，而在环形山中心残留下一座土丘。岩石在这座土丘中分层堆积，似乎保存了火星的化学环境变迁的历史记录；直到最近，才通过分析轨道器光谱数据揭示出了这段历史。

根据目前广为接受的图景，在早期火星的地表或接近地表处，保有的水量比现在大得多，这些水的pH值相对呈中性。数百万年后，这些水与地表的岩石发生化学反应，产生了粘土。但是，随着早期火星富含二氧化碳的大气日渐稀薄，火星的地表逐渐干涸；同时Tharsis地区的巨大火山群接连猛烈喷发，向大气中释放出了大量的硫。于是火星的水逐渐酸化，并开始腐蚀火星岩石，形成了酸性的盐水，最终遗留下了富含硫酸盐的蒸发残余物和变质的基岩。“勇气”号和“机遇”号都考察过富硫酸盐的岩石。如果火星的化学环境史果真如此，在硫酸盐下方的粘土沉积物里，应该保存着最适于远古生命的环境遗迹。

夏普山底部含粘土的岩石逐渐变为上层的含硫酸盐的岩石，这一情况与上述历史相一致。假使细致考察的话，“盖尔”的独特历史可能要复杂得多，而那里正是“好奇”号火星车将要前往之处。“我们将观察土丘中的岩层，因为只有当环境变化时，才会形成岩层”，Anderson说，“我们面对着巨大的3英里（约合4828米）高的层层堆叠的岩石，其中记录着环境发生过的大量变动。随着在攀越过程中考察这些岩石的转变，我们就可以理解当时的环境条件是如何变化的，它对于生命的宜居性又意味着什么。”

“盖尔”是邻近区域中的一个撞击坑家族中的一员。这些撞击坑变化多端：有的几乎被完全填埋，边缘上只有几处遗迹露出；有的则呈现出清晰的撞击地貌特征，例如盖尔环形山，过去它可能完全被填满了，但后来又被发掘出来。Grotzinger指出，事实上在一座名为Miyamoto的被填满的巨型环形山的一侧，“机遇”号曾经扫视过类似的物质。“机遇”号考察过的绝大多数环形山都是观察Miyamoto环形山最上层充填物的微小窗口。

关于类似过程是如何发生的，Anderson给出了一个近在咫尺的地球上的例子。我们知道，在地球上，所有被侵蚀的表层覆盖物都消失了：进入了海洋盆地之中。但在火星上，这种现象并不如此明显。他说：“盖尔环形山中的所有填充物都到哪里去了？这是一连串重大问题中的一个。”在轨道器图像中没有发现任何河谷，这意味着水无法流出这座环形山，所以Anderson认为，由于化学侵蚀和物理侵蚀的联合作用，土丘的物质被瓦解成了细小的微粒，从而可被火星上的大风搬出盖尔环形山。他补充道：“凤对夏普山的侵蚀持续了数十亿年，记住这点很重要。”

土丘是如何形成的？Grotzinger认为目前还不必回答这个问题。“我们的探测器就在现场，这妙极了。我们不必现在就解决问题。只需要继续搜集观测数据，进行更细致的观测，这样就有望限定岩层是如何构筑起来的机制。”

行驶的方向

在土丘的山脚下露出了古老的粘土，为了抵达那里，“好奇”号首先要在环形山底部，沿着由黑沙组成的巨大新月状沙丘的边缘，曲折地行驶8千米。轨道器实际上已经对这些沙丘的移动进行过观测，其时间尺度从地球年到火星年不等。无人了解这些黑沙源自何处。在这块布满沙丘的地区，流沙清除了环形山底部的尘埃，留下了平坦的、分布于沙丘之间的裸露基岩。如果说夏普山的岩层是一部火星最初的编年史，这些基岩就将是“好奇”号翻阅这部史书时的第一页。

但是这些基岩还不是“好奇”号将要探查的第一个目标。在着陆之后仅仅一天，MRO的高分辨率相机就拍摄到了这部火星车（以及它的所有着陆部件）停放在火星表面上的侧视图像。从图像上可以很容易地看出，距离“好奇”号的着陆点仅仅400米处，就有三种不同类型岩石交汇的一个地点，它被非正式地称为Glenelg点。那里有一块坚硬的岩石区呈浅色，使Anderson、Grotzinger和项目组的其他地质学家都越来越困惑，因为一般而言，行星上的岩石都呈深色，这块岩石区的位置似乎很反常。

尽管Glenelg点与“好奇”号相距不远，但是“好奇”号的计划是穿过沙丘地带前往夏普山脚下考察粘土层，Glenelg点恰好在反方向上，所以首先考察Glenelg点是一个困难的决定。Grotzinger说：“在这里多花费一分钟，在那里的考察时间就要少一分钟。”“好奇”号的着陆点是扇形冲积平原的末端，按照Grotzinger的解释，扇形冲积平原就是液态水带来的沉积物。换言之，“好奇”号根本不必移动，便可以就地对最有可能保存着远古有机物的沉积物展开分析。

是否首先考察Glenelg点对此，Grotzinger的内心可谓经历了一番激烈的交战，这也反映在“好奇”号科学团队的400多名成员的争论之中。

“好奇”号的科学团队比“机遇”号和“勇气”号的大得多，所以很难想象这么多科学家每时每刻都能就“好奇”号在火星上的下一步行动达成一致。不过对于这个团队是否能形成统一意见并做出“好奇”号应驶往何处的决定，Grotzinger并不关心。盖尔环形山里的岩石层和风化地貌千变万化，所以他认为：“每个人都能在这里找到自己感兴趣的东西。”

无疑有足够的理由令Anderson感到满足，他已经看到自己在读研究生时所研究的地点成了有史以来抵达另一颗行星的最先进的自动探测器的着陆点。他说：“在研究火星的大部分时间里，你都是在竭尽全力地对付轨道器数据，情况就是这样。很多时候，你都会感到好奇：那里究竟有些什么？能够降落到你从高空轨道所看到的物质上，在它上面行驶，用激光射击它，给它钻一个探洞，这实在是妙极了！没有人配得上这样的幸运。”

毫无疑问，400名更资深科学家的研究工作将给Anderson的学位论文提出很多难题。他对此显得很清醒：“我希望我是错的。我想，假如已经接近解答某些问题，这当然很好。但是犯错误也是科学进步的一部分。我将努力找出我犯错误的原因。”

——译自《天空与望远镜》（2012年11月号）

（责任编辑：黄京一）

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