本文来自微信公众号：Nature Portfolio（ID：nature-portfolio），作者：Alexandra Witze，原文标题：《火星上的一年：NASA“毅力”号的地质大发现》，头图来自：视觉中国
自一年前登陆火星后，美国国家航空航天局（NASA）的“毅力”号探测器已经在岩石地带穿行了三千多米，记录了直升机在火星上的首次飞行，还收集了六份珍贵的岩石样本。如果一切顺利，这些岩石样本有朝一日将连同更多的样本一起被送回地球进行研究。
在火星上的第一个地球年中，“毅力”号探测器使用采样臂收集岩芯样本并探索这颗红色星球的地质化学。来源：NASA/JPL-Caltech
“毅力”号于2021年2月18日在火星赤道以北的耶泽罗陨石坑（Jezero Crater）着陆，目的是寻找古生命迹象。（相关阅读：《一起去火星吧！NASA毅力号任务图解》）研究人员想让这架造价27亿美元的探测器在一个古老的三角洲开展搜寻。此处曾有一条河流流入陨石坑，导致大量沉积物和岩石堆积——这种环境或可支持生命。但是探测器目前尚未抵达该三角洲。
图片来源：NASA/JPL-Caltech
相反，“毅力”号花了一年时间探索陨石坑底部，已有不少惊人的发现，包括陨石坑地面是由火成岩构成的，形成于数十亿年前冷却和凝固的熔岩。有些研究人员曾认为陨石坑地面由沉积岩构成，因风力或水流沉积层随着时间的推移而形成。然而该探测器发现了这一地貌的不同历史。
火成岩这一发现很重要，因为科学家可以通过分析岩石中放射性元素的衰变来确定岩石的形成时间。如果“毅力”号采集的岩石样本返回地球，届时研究人员将能够首次测定火星表面特定位置岩石的年代。
在探测器着陆前，火星任务的科学家们不知道会中到火成岩这样的“大奖”。“耶泽罗给了我们这样一个惊喜。”Katie Stack Morgan说，她是喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）此次任务的副首席研究员。
烈火往昔
当“毅力”号在八月份开始钻探第一个样本时，科学家们发现耶泽罗陨石坑的地面构成和他们想的不一样。探测器在探索该区域的地质时，磨掉了一块岩石的外表面，露出新鲜的表面。这块岩石很像地球上的火成岩，里面有很多小孔，边缘有盐类物质。这些孔可能是水流过岩石时形成的。这意味着探测器正在观察一块曾与水流相互作用的古老火山岩石，这是个在火星上前所未见的适宜生命环境。“那是此次任务的光辉一刻。”Stack Morgan说，“这是个寻找古代岩石中生命迹象的理想之地。”
但是当“毅力”号试图钻取岩芯时，岩芯碎裂并滑出了取样管。（相关阅读：《为何NASA的首次火星采样宣告失败？》）由于采样过程是自动化操作的，所以探测器最终只得到了一只密封的空管子。心态乐观的任务科学家们将其标记为火星大气样本。
“毅力”号上个月收集了第六份岩芯样本（如图所示，样本保存在探测器的采样系统中）。来源：NASA/JPL-Caltech/ASU
“你又不能给火星列一个心愿单，它想给你什么就是什么。” 麻省理工学院的地球生物学家Tanja Bosak说。
一个月后，“毅力”号成功在另一块曾受水流改变的火成岩中钻取到第一对岩芯样本（见“火星岩石样本”；相关阅读：《好耶！NASA毅力号成功取到第一块火星岩芯》）。这种名为“Maaz”（译注：纳瓦霍语的“火星”）的岩石覆盖了耶泽罗陨石坑的大部分地面。
探测器随后向南和向西行使，绕过一个名为Seitah的沙丘地带，再次采集了两对样本。（成对收集是为了增加样本中能有一份返回地球的可能性。）任务科学家们此前曾认为Seitah的岩石是沉积岩，因为从视觉上来看，这些岩石似乎是由不同的沉积层组成的。但是随着“毅力”号磨掉一些Seitah岩石的外表层后，另一个惊喜出现了：它们也是火成岩。
“毅力”号使用各种仪器分析岩石的化学成分后发现，有一种称为橄榄石的粗大颗粒包裹在辉石矿物中。这两种矿物质通常存在于地球上的火成岩或者火山区。Stack Morgan说，这有力地证明了Seitah岩石是在大量熔岩冷却时形成的。橄榄石晶体首先形成，然后沉入冷却的岩浆底部，最后在它们的周围形成辉石，因此看起来像是沉积的层状岩石。
Seitah岩石和Maaz岩石一样，显示出过去曾与水相互作用的迹象。加州理工学院地质学Eva Scheller在美国地球物理学会12月举办的一次大会上报告说，这些岩石甚至可能含有有机分子（产生于非生物过程），在一些火星陨石中出现过。
压力“山大”
“毅力”号预计将总共采集至少30份岩石、土壤和大气样本，然后将这些样本放在一个或多个地点，以备未来取回，这可能将是首个火星样本返回项目。将岩芯样本送回地球将是一个非常复杂的过程，需要另一架探测器将样本取回，用火箭将样本发射到火星轨道上，最后派出宇宙飞船在轨道上截获样本并带回地球；整件事最早也要等到2031年。NASA和欧洲空间局（European Space Agency）正在就该计划进行合作。NASA本月宣布已经敲定了一家承包商来建造将样品送入火星轨道的火箭。
亚利桑那州立大学行星科学家、NASA火星样本返回项目的首席科学家Meenakshi Wadhwa说：“我们终于迈出了采集并有望带回火星样本的第一步，我感到非常兴奋。我们已经有了一些非常好的样本，能评估火星上是否存在过古代生命。”
尽管“毅力”号已经取得不少进展，但是它面临着越来越大的压力，需尽快抵达期待已久的三角洲。“毅力”号现正以最快的速度前往那里。2月早些时候，它创下了自己在火星上的长距离行驶纪录：单日行程超过240米。即便如此，它也要到四月份才能到达三角洲。
时间非常紧迫，因为“毅力”号只剩下大约一个地球年的时间来完成其主要任务：抵达三角洲，在那里采集样本，然后赶到陨石坑边缘，将样本放在某个地方以便日后取回。目前，探测器正在返回其着陆点的路上：它将沿途从Maaz岩石中再采集一对样本，然后绕过沙丘地带，抵达三角洲。“毅力”号的工作速度比NASA的“好奇”号快得多。“好奇”号自2012年在火星着陆以来一直在探索盖尔陨石坑（Gale Grater）。“我们得继续前进。”Bosak说。
一月份的时候，“毅力”号的钻探系统被一些卵石卡住了，动图为其中一个摄像头记录下它抖掉卵石的一幕。来源：NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
尽管“毅力”号大部分操作都很顺利，但是除了首次岩芯采样失败，还发生了一些小故障。去年12月，在一次采芯过程中，一些卵石掉出来卡在了采样系统的机械装置中。工程师们最终让“毅力”号晃掉了卵石，解决了这个问题。
马德里天体生物学中心（Centre for Astrobiology）负责“毅力”号气象仪器的首席研究员José Antonio Rodríguez Manfredi说，最近几周有意外的强风将灰尘和小石子吹进了探测器的几个风力传感器中，传感器因此损坏。
“毅力”号的助手“机智”号直升机则仍在奋力工作。研究人员原打算让它在30天内进行五次飞行。但截止目前，“机智”号已经进行了19次飞行，行程超过3.8千米。目前它领先于“毅力”号，如果它能继续发挥作用，将会用于侦察“毅力”号达到耶泽罗三角洲后的可行路线，以收集更多岩芯样本。
Bosak说：“三角洲的样本一定很壮观，我已经要等不及了。”
原文以A year on Mars: How NASA’s Perseverance hit a geological jackpot为标题发表在2022年2月17日《自然》的新闻版块上
本文来自微信公众号：Nature Portfolio（ID：nature-portfolio），作者：Alexandra Witze