下周，人类将开始寻找火星生命

　　原作：Camille M. Carlisle

　　翻译：马明阳

　　译校：王炜辰 解仁江

　　来源：“牧夫天文”

　　责编：寒凌旭

　　审校：郑永春

　　今天为大家介绍“火星生命”任务。

　　该任务的第一阶段是寻找过去或现在可能在火星上存在的生命迹象。

　　你好！火星！上图为艺术家对微量气体探测器（TGO）和名为夏帕雷利（Schiaparelli）的进入、降落和着陆操作模块的想象图。10月16日飞行器释放着陆器。3日后夏帕雷利将会着陆到火星表面，TGO将会点燃分离火箭开始环绕火星飞行。

　　自从宇航时代之初，人类就着迷于火星。科学家发射（或计划发射）了40多艘太空飞行器到这颗橙色星球，但有一半都失败了。事实上，只有美国宇航局实现了探测器着陆并在火星的表面运行超过过2分钟（译者注：意思是其他国家的探测器都没有熬过2分钟）。

　　欧洲和俄国太空机构希望改变这一现状。它们的“火星生命”（ExoMars）计划只关乎一件事：生命。目标是检测火星是否存在外星生命或地外生命的证据——计划的名字由此而来。同样，该任务也会关注地质活动的迹象。

　　火星生命任务分为两个阶段。第一阶段包含10月中旬到达火星的探测-着陆组合飞行器；第二阶段是几年后发射的技术成熟的火星车。当第一阶段的飞行器到达火星后，一个名为夏帕雷利（Schiaparelli）的着陆器将会与探测器分离并撞击到火星表面。同时微量气体探测器（TGO）会被火星重力捕获，在接下来的一年驻留在距火星表面400公里（250英里）的近极环绕轨道，刚好飞行在NASA的火星勘测轨道飞行器上方。

　　为什么叫Schiaparelli？着陆器的名字是为了纪念意大利天文学乔范尼·夏帕雷利（Giovanni Schiaparelli 1835-1910），他制作了火星表面地图，并绘制了著名的“运河”暗线（Canali），引发了火星表面的辩论。上图中间的暗色条纹为运河Canali。

　　闻点气味

　　2017年12月，一旦科学运行开始，TGO（微量气体探测器）将开始研究火星表面和大气的变化，从而寻找生命迹象。探测器为检测并辨识微量气体而设计，这些气体由不到1%的火星大气混合而成——包含二氧化碳（含量96%），氩和氮。其中水蒸气和甲烷就包含在科学家最为期望的列表中。现在科学家知道火星上存在甲烷，而且已经发现甲烷含量标准有季节性循环的迹象。但发现的甲烷含量非常少，因为除了聚合在一起，甲烷只能幸存400多年——阳光会分解它们。地球上大多数的甲烷来自叫做产烷生物的微生物，它们提升了地球这个小邻居存在生命的可能。但火星上的甲烷也可能来自地质变迁，比如热水和橄榄石的反应，或者阳光中的紫外线破坏沉积在表面的微米级尘埃，这也是甲烷的来源之一。

　　解开甲烷和其它气体从何而来的谜团绝非易事。比如同位素比例的问题——甲烷所含碳13和碳12在什么比例下能成为有生命或无生命的来源。然而研究者并不太关心微量气体自身的组合，而更在意相对其他种类物质的变化，以及物质丰度随地域、季节和火星时间的变化。比方说二氧化硫，它可能说明了近期火星地质上的火山喷发，但也取决于轨道卫星探测到同一时期包含的其他变化。

　　在TGO构建成火星大气成分广角图像后，它将深入探索细微的问题，比如氕（氢）和氘（重氢）的比例，还将判定大气性质，特别是气压和温度，以及悬浮大气微粒，水蒸气，臭氧和其它分子的比例，之后凭借这些计算出气体循环模板并延此追溯到它们的来源。

　　光谱测量任务

　　为了实现光谱测量，探测器装备了一台相机，两台光谱仪组件，以及一台中子探测器。

　　任务小组将通过相机创作出立体的火星表面地图，并寻找那些与大气中探测到的多种变化相关的改变。

　　光谱仪装置会利用阳光来研究火星。当TGO环绕火星时，飞船将会研究表面反射和大气散射的阳光，以及飞船飞过火星阴影时那些穿过火星大气到达飞船的阳光。TGO每2小时环绕火星一周，所以它每天有12次被掩蚀（飞船变轨的情况下例外）。在这些间断的掩蚀期间，飞船用锂电池代替太阳能运行，而太阳能电池板的两个翼端展开有17.5米长（57.4英尺），相当于保龄球道那么长。

　　第四项设备是中子探测器，它会探测出在火星表面最上面一米中有多少水冰，属于间接探测方式。当宇宙射线进入表面，会从原子中释放出中子，这些中子四散开来，像喷枪射出的喷溅物一样。其中有些甚至直接飞到太空，TGO会捕获到它们。中子的速率将会揭示出它们经过的物质中含有多少氢。由于大部分的氢在水分子中，科学家（很确信地）认为他们探测到的氢来自水。

　　上图为“火星快车”探测器2005年拍摄的照片，火星北极附近有一处巨大火山口，其中心地带为一片白色冰层所覆盖。@ESA

　　水冰是长期火星探测的重要任务目标。它的丰度将影响未来机器人和宇航员的着陆位置。比如那些致力于NASA首次火星旅行的宇航员——这一计划目的是在2035年发射载人飞船到达火星——最近正在探索从铁锈一样的火星土壤中提取水冰和其它物质的方案。

　　着陆

　　2016年的火星生命任务的第二部分是夏帕雷利。它是个着陆器，不能行驶——直是呆在那里，但它是后继火星车的技术测试器。

　　10月19日，夏帕雷利将以每小时21000公里的速度进入火星大气，不到6分钟减速到在表面2米处悬停，之后夏帕雷利着陆器落到火星表面。

　　10月16日， 夏帕雷利将从微量气体探测器（TGO）分离出去，三天后，它将进入火星上层大气，当它垂直冲下时，飞碟状的着陆器将测量大气的密度、气压和温度。工程师们将利用这次俯冲测试隔热罩的设计。

　　不到6分钟，夏帕雷利将下降120公里，它凭借12米宽的降落伞和三组空气推进器这套高空大气制动系统，减速到在表面2米处悬停。之后推进器熄火，夏帕雷利落到地面。可受力压扁的底部和汽车的缓冲系统相似，能够吸收冲击力。

　　一旦着陆，夏帕雷利将凭借电池运行2-8个火星日，一个火星日为24.7小时。它将监测火星天气条件，包括湿度，尘土和风速，还有表面电场，这种电场可能帮助保持甚至增强了大气尘埃含量水平（目前科学家还不知道，因为他们还没测量过这些表面）。

　　空中的尘埃会对探测器造成麻烦。由于轨道机动作用，着陆器将在火星风暴季中期着陆。此外，着陆点在子午平原——离NASA的机遇号火星车探索的奋进陨石坑将近50公里远——离尘埃风频繁刮过的路径很近。不过风暴的发生通常有两个高峰期，夏帕雷利可以在第一个高峰期结束后着陆。不管怎样，工程师的设计能应付得了风暴环境。

　　所有这些仅仅是火星生命任务的第一步，接下来就是火星车。2018年发射火星车的计划已经被推迟到了2020年。当火星车到达火星，将会钻取火星表面收集样本，负责外星生命和地质化学的研究，并且为后来的国际样本返回任务做测试。 火星生命任务不会是那年唯一的火星计划。2020年NASA的火星车也会收集样本，寻找生命存在过的痕迹。另外，它还将测试从大气的二氧化碳中提取氧气的技术，为人类探索做准备。 此外，火星计划的竞争还扩展到了欧洲，俄国和美国以外区域。日本，印度，阿联酋，中国，甚至私人公司SpaceX（与NASA合作）都在探索在未来10年内到达火星或其卫星的方式。我们对火星的迷恋仍会继续。