来自火星的岩石样品

2020年7月到达火星表面的“毅力号”火星车（Perseverance）有一个重要的科学任务，就是采集一些火星岩石样品。这需要它在着陆点耶泽罗撞击坑（Jezero Crater）附近寻找合适的采集对象，利用机械臂上的钻头进行钻探、取样、封装等一系列工作。取得火星的岩石样品对于人类理解火星历史有重要意义，同时也有可能发现火星生命曾经存在的痕迹——在几十亿年前，那里是一块由河流形成的三角洲区域。但事实证明，这个工作并不简单。

2021年8月6日，美国航空航天局（NASA）宣布，“毅力号”通过钻探得到了第一份圆锥形的火星岩石样品，这堪称人类火星探测过程中一个了不起的成就。科学家们事先花了几天时间在“毅力号”所处的耶泽罗撞击坑寻找一个合适的钻探对象，然后再从这块岩石上钻取了大约粉笔头大小的一个样品，随后进行了保存。

“毅力号”选取的第一个岩石取样对象看上去表面平坦，大约类似于地球上人们常见的铺在路面的石头。虽然看起来这块岩石没有什么有关火星生命的信息，但它包含着很多细小的、由各种颜色组成的岩石颗粒，这可能是源自小行星的撞击或火山喷发。把它带回地球之后，科学家们就可以通过测量其中某种元素同位素的比例来判断它形成的时间。

采集火星的岩石样品对火星研究意义重大。虽然人们已经绘制了详细的火星地图，但是想要了解火星表面特定区域的形成过程和形成时间，甚至是寻找可能存在的火星生命的痕迹，还需要获得具体的岩石样品。此前科学家们曾经研究过偶尔坠入地球的来自火星的陨石，但无从知道这些陨石之前是在火星表面的哪个区域。因此，如果能够直接从火星取得一个未被污染的岩石样品，必将大大加深人们对火星的理解。

正是因为如此，科学家们计划让“毅力号”在耶泽罗撞击坑区域采集至少30个岩石样品，还为此准备了43个由金属钛制成的专门存放样品的管状容器。开始取样工作之后，“毅力号”在距离着陆点1公里的范围之内寻觅，最终在它发现的众多岩石中选择了第一个取样目标。实际上，做出这个决定的科学家对这块岩石知之甚少，甚至无法判定这是一块火山岩还是沉积岩。

在宣布取样成功仅仅一天之后，NASA又转而宣布这次对样品进行储存的尝试失败。到了8月12日，NASA宣布第一次提取火星岩石样品任务失败，失败的原因在于“毅力号”无法通过机械臂把采集到的样品放入管状容器之中。事实证明，他们最初选定的这块岩石过于脆弱。从传回的照片来看，“毅力号”的机械臂在它的表面钻了一个直径2.7厘米、深约7厘米的圆孔，并从中取得了样品，但这个钻探过程也使取得的样品变成了一堆粉末。

按照自动流程，“毅力号”对盛放样品的容器进行了封装保存，但是其实里面空空如也——这些岩石粉末并没有进入为它们准备好的容器中，而是掉落在了地面上。“毅力号”还剩下42个盛放岩石样品的容器，足以实现目标。而这个被严密封装的空容器也将在未来被带回地球，作为火星大气的样品。之前为了测试“毅力号”机器臂上的钻头，科学家们在地球的各种岩石上对其进行试验，但是第一次采集样品的失败证明了火星表面的环境还是超出了科学家此前的经验。

火星表面的岩石比科学家此前想象的更易碎，或许在这层脆弱的岩石表面之下还有一层更坚硬的岩石层。科学家们目前无从判断，“毅力号”也不打算在同一个区域继续尝试，而是换个地方寻找全新的目标。它转而南下，在旅行了455米之后到达了“Séítah”区域一个名为“Citadelle”的山脊上。这次的采样目标是一块手提箱大小的岩石，科学家甚至为这块火星岩石取了一个绰号“Rochette”，它可能类似于地球的沉积岩。相比于第一次尝试，科学家们这次的信心更高。

时至9月，“毅力号”终于成功地从“Rochette”采到了样品。为了确保这一次采样成功，人们设定让“毅力号”在钻探之后先暂停，直到确认已经取得了完整的岩石样品再进行存储和封装。在它发回的图片中，在一块粉笔头大小的岩石表面，一个圆形的孔洞清晰可见。为了确保任务成功，它还用摄像头对着储存岩石样品的容器拍了几张照片，里边的样品清晰可见。这次对火星岩石进行采样的工作可谓有惊无险，“毅力号”的采样工作还会继续下去。

其实这并不是人类第一次对火星环境误判。早在2012年就到达火星的“好奇号”火星车（Curiosity）也曾经对火星表面的岩石进行过钻探，岩石样品同样出现了碎裂的情况——但对于“好奇号”来说这反而是一件好事，因为它的目标是把粉碎的岩石样品放入自身携带的微型实验室，分析其化学成分。在2018年到达火星的“洞察号”（InSight）探测器曾经试图把一个外号叫做“鼹鼠”的温度传感装置插入到火星表面5米之下的土壤中。但因为对火星土壤情况的判断失误，“洞察号”在尝试了将近两年时间之后，只能宣布任务失败。

在采集了30多个火星岩石样品之后，这些样品将会被“毅力号”放置在火星表面，等待来自地球的机器人或是宇航员将它们带回地球进行研究。此前人类探测火星均是“有去无回”，这次“有去有回”并且带着来自火星纪念品的太空之旅，必定吸引全世界的关注。

我们可以想象，或许再过10年时间，将至少有一位人类宇航员，可以跨越数千万公里的茫茫宇宙到达火星，而后这位宇航员还将带着几十块来自火星的岩石样品返回地球。这样的旅程极为艰险，凝结着人类目前最前沿的科学技术，同时也极为浪漫——人类往返于行星之间，只为探寻关于太阳系和生命的秘密。

（本文写作参考了《自然》《今日物理学》杂志和美国航空航天局网站的相关报道） 科学岩石火星大气