火星時間膠囊：揭開古老水跡與生命潛能的線索

美國國家航空暨太空總署（NASA）的毅力號探測車正在創造歷史，它精心挑選火星樣本，準備未來送返地球。科學家們迫不及待地想研究這些樣本，以解開火星古老氣候的秘密、探索其過去是否存在生命的可能性，甚至從中洞悉地球自身的歷史。

憑藉先進的技術，探測車正在鑽探火星表面，揭示了過去水活動的證據、暗示適居性的礦物組成，甚至還發現了磷酸鹽——生命的關鍵構成要素。目前，這些樣本安全地存放在火星上，它們可能會塑造太空探索的未來，也許還能引領人類邁出踏足這顆紅色星球的第一步。

一篇新發布的論文詳細介紹了NASA首次從火星收集的土壤、風塵和岩石碎片樣本。我們採訪了內華達大學拉斯維加斯分校（UNLV）的天體生物學家，他領導著樣本選擇團隊，為我們揭示了這些樣本目前所呈現的資訊。

到目前為止，人類親自研究過的唯一火星物質是墜落到地球上的隕石。但得益於NASA的「火星2020毅力號探測車」任務，科學家們首次開始收集並儲存精心挑選的火星樣本。這些樣本的範圍從黑板粉筆大小的巖芯，到鉛筆橡皮擦大小的微小岩石碎片，以及細小到能放在針尖上的沙粒和塵埃。

探測車暱稱為「珀西」，於2020年7月從佛羅裡達州的卡納維拉爾角發射，並於2021年2月抵達耶澤羅隕石坑——一個寬28英里的古湖泊遺址，選擇此地是因為它有可能幫助科學家瞭解火星潮濕過去的故事。這項為期多年的任務旨在確定火星是否曾經孕育過生命、瞭解火星氣候的變化過程和歷史、探索火星作為地質系統的起源和演化，並為人類探索做準備。

這些樣本目前預計在2030年代中期至晚期的某個時間送返地球。與此同時，NASA迄今已收集了此次任務目標43個樣本中的28個。

UNLV理學院教授、研究水與礦物相互作用的水地球化學家利比・豪斯拉思表示，這些樣本不僅能幫助我們更多地瞭解火星，還能讓我們更深入地認識地球，因為火星表面通常比地球表面古老得多。

她是NASA火星樣本返回團隊的成員，該團隊負責決定探測車將哪些樣本帶回地球，以便用因體積太大而無法送往火星的強大實驗室裝置進行檢測。她也是發表在美國地球物理聯盟/威利期刊《地球物理研究雜誌：行星》上的一篇新研究論文的主要作者，該論文記錄了首次收集的土壤樣本。

豪斯拉思補充說，用於太空探索的衍生技術有很多應用於地球的可能性。太空計畫最大的好處之一是它能激發學生和孩子們的興趣，吸引更多人投身科學領域——我們需要未來的科學家們來解決諸如此類的科學問題。

這項計畫實現了豪斯拉思長達數十年的夢想。她在攻讀博士學位期間愛上了火星，並與導師合作撰寫了一份提案，希望利用NASA的精神號和機遇號探測車的資料進行研究。

豪斯拉思說：「能夠參與火星任務是我長期以來的職業目標之一，所以能有這個機會我真的很興奮。毅力號探測車的細緻和精準程度真的令人難以置信。能獲取回傳資料，針對特定的岩石或土壤區域進行測量，並從另一顆行星上的微小樣本或塵埃顆粒中解讀資訊，這簡直讓人驚歎不已。」

與地球不同，火星沒有板塊構造不斷地移動和傾斜其表面。就像科學家透過研究樹木年輪或洞穴鐘乳石來瞭解歷史氣候模式的變化一樣，研究人員可以利用探測車的儀器鑽取岩石和挖掘土壤樣本，從中獲取有關火星40億年歷史的資訊，包括過去生命可能存在的跡象。

研究岩石的地球化學和風塵也有可能揭示火星氣候如何升溫和降溫，以及其相對溫度。這些資訊還可能透露火星的形成過程、揭示早期太陽系的線索，並幫助確定地球上生命出現的時間。

豪斯拉思說：「在火星早期歷史中，這顆行星被認為更溫暖，並且存在液態水，這與它目前多風、乾燥和寒冷的環境大不相同。我對水以及哪些環境可能適合生命生存非常感興趣。尤其是火星，在很多方面與地球非常相似。如果火星過去曾經存在生命，我們也許能夠找到它們的痕跡。」

這項任務實際上也起到了偵察任務的作用，它可能會揭示人類未來前往這顆紅色星球時可能遇到的相似之處或挑戰。為了強調偵察的重要性，豪斯拉思回憶了第一批登上月球的宇航員的經歷。

她說：「月球表土實際上非常鋒利，它在宇航員的太空服上割出了洞，這是科學家們未曾預料到的。火星表面有大量的塵埃和沙子，帶回樣本對於科學家們來說非常有價值，他們可以藉此瞭解未來的人類宇航員如何與空中飄浮的顆粒相互作用，甚至考慮將其用作建築材料。」

珀西配備了一系列先進的儀器，科學家們可以在數百萬英里外對其進行操作。它可以從幾米遠的距離發射雷射來測量化學成分和礦物學特徵。它還配有近距離探測儀器，可以測量細微尺度的元素。研究人員利用探測車的車輪挖掘溝渠，以便觀察火星表面以下的情況。科學、工程和導航相機將影象傳回地球。

豪斯拉思說：「近距離觀看這些火星影象就像玩電子遊戲一樣。你可以放大影象，看到岩石和土壤，選擇一個地點進行測量，確定特定岩石的化學成分和礦物學特徵——我們能夠做到這些看似科幻小說中的事情，真是太不可思議了。」

豪斯拉思是團隊的戰術科學負責人之一。在日常會議中，團隊成員會共同制定指令，傳送給探測車進行樣本收集。

豪斯拉思說：「有些儀器無法小型化並送往火星，所以一旦樣本回到地球，我們就能獲得更高的解析度，能夠更精確地測量每個樣本的微小含量，並研究痕量金屬和同位素等物質。」

在此之前，這些樣本被儲存在火星上的小管中，要麼存放在探測車上，要麼存放在三叉口儲存點——這是一片位於古老河流三角洲底部附近的平坦地面，該三角洲是很久以前河流流入火星耶澤羅隕石坑的湖泊時形成的。科學家們繪製了詳細的佈局圖，以便即使樣本被塵土掩埋也能找到它們。

最終，這些樣本將由一個機器人登陸器取回，登陸器將使用機械臂小心地將小管放入一個小型火箭上的密封艙中，然後將其運送到另一艘航天器上，踏上返回地球的漫長旅程。

在地球上，幾乎只要有水的地方就有生命存在。珀西團隊的任務是查明數十億年前火星的氣候與地球更相似時，是否也是如此。岩石和土壤樣本是從曾經富含水的耶澤羅隕石坑以及隕石坑邊緣採集的——這一地區富含黏土礦物，這些礦物是岩石與水相互作用的產物，看起來與地球上的土壤相似。

在樣本返回地球之前，科學家們無法確定它們是否含有曾經在這顆紅色星球上繁衍生息的微生物痕跡。但到目前為止，有強有力的跡象支援了先前的預測，即大約20億年前火星上曾有水流自由流動。

珀西的相機顯示，火星表面的地殼與下方的土壤不同，表面有較大的卵石，而下方則是較細的顆粒。一些顆粒粗糙且經受風化，這表明它們可能接觸過水，因此是過去適居環境的標誌。大氣測量結果顯示了近期可能包括水蒸氣在土壤地殼形成過程中的作用。

基岩中富含橄欖石——一種也在火星隕石中發現的礦物。橄欖石可以發生蛇紋石化作用——這是一種當橄欖石與水和熱相互作用時發生的過程，在地球上，這表明存在適居的可能性。

但也許最令人興奮的發現（也是豪斯拉思個人最喜歡的發現之一）是一塊有豹斑的岩石，它被暱稱為「切亞瓦瀑布」，以大峽谷的一個瀑布命名。這塊岩石含有磷酸鹽，這引起了科學家們的興趣，因為它是地球上生命的主要構成要素——從能量代謝和細胞膜到DNA和RNA。

分析工作仍在繼續。NASA團隊期待與歐洲太空總署（ESA）合作，ESA計畫在2028年發射其探測車「羅莎琳德・富蘭克林號」。它將攜帶能夠鑽探到火星表面以下200釐米的裝置——比珀西4 - 6釐米的鑽頭要深得多。

豪斯拉思說：「這可能會鑽到輻射影響以下的區域，所以如果火星過去存在有機分子痕跡，我們有可能看到前所未有的東西。」

NASA與ESA合作，目前計劃在2035年至2039年間將樣本管送回地球。當樣本返回地球軌道時，它們的第一站將是一個接收設施，在那裡它們將被仔細檢查，以確定是否可以安全地交給研究人員。43個岩石和土壤樣本中包括五個見證管，用於檢測潛在的汙染。

豪斯拉思說：「行星保護是這項任務的首要考慮因素——確保火星不受我們的影響，同時也保護我們自己免受火星的潛在威脅。目標是確保樣本的安全性，以防對人類有任何危害，同時防止我們的汙染影響樣本。」

她說，在獲得批准後，世界各地的研究人員將能夠申請研究這些國際寶藏的樣本，這與目前獲取火星隕石的計劃類似。

豪斯拉思說：「這項任務最酷的事情之一是它具有國際性，樣本的收集是全球共同努力的結果。我們共同努力將這些樣本帶回地球，以實現造福所有人的目標，這真的很棒。」

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