“好奇”号的科学成就

□ 张雪松

“好奇”号的第一个钻孔

“好奇”号的第二个钻孔

2014年6月24日，美国航宇局发布消息，宣布“好奇”号火星车探测器完成了第一个火星年（687个地球日）的探测任务，为此“好奇”号特意进行了自拍留念以示庆祝。“好奇”号造价25亿美元、质量超过900千克，携带了大量先进探测设备，是人类发射的质量最大、技术最先进也是最昂贵的火星车。

“好奇”号是美国航宇局的旗舰探索项目，它具体由喷气推进实验室负责研制和管理。喷气推进实验室为“好奇”号设定了四个主要的科学目标：

1.探测着陆区是否为适居区域

2.着陆区是否有水

3.研究火星的大气

4.研究火星的地质

“好奇”号分析的古湖泊

其中第一项和第二项属于最核心的任务。为了探测火星的盖尔陨石坑在遥远的过去是否曾经适合微生物存在，以及现在这片区域是否有水，“好奇”号火星车携带了桅杆相机、导航相机、避障相机、机械臂以及臂上的透镜成像仪和阿尔法粒子X射线分光仪（APXS）、火星样本分析仪、化学与矿物学分析仪、中子反射率探测器、火星环境监测站等大量探测设备，加上它使用核动力的RTG电源，具有前所未有的机动能力，构成了一个完备的无人火星探索工作站，以确保它有效的完成预定任务。

2012年8月6日，经过长达8个月的行星际飞行，“好奇”号经过了穿越火星大气层的恐怖7分钟后顺利在盖尔陨石坑着陆，着陆点距离预定坐标仅仅偏移了2.4千米。“好奇”号经过两周的地面调试后，开始正式的探索工作。

“好奇”号使用冲击式钻头在耶洛奈夫湾（Yellowsknife Bay）被命名为“约翰·克莱恩”（John Klein）的岩石上进行了钻孔并提取了岩石的粉末样本。钻取的样本发现了构成生命的碳、氧、磷、氮等重要化学元素，还发现了粘土矿物，证明这里很久以前曾存在液态水环境。科学家们对比地球的环境，分析认为耶洛奈夫湾曾经是一个火星古代湖泊的湖底，而“好奇”号测量到PH值为中性，证明在遥远的过去这里存在淡水湖泊。通过对岩石成分的分析，科学家们还发现岩石中缺乏橄榄石矿物，却富集磁铁矿，还有蒙脱石的存在。地球上的很多磁铁矿是由被水浸泡过的玄武岩沉积而成，据此推断这些岩石是被水流冲刷到下游后才转变为粘土矿物。蒙脱石是典型的湖泊沉积产生的，地球上存在蒙脱石的区域一般生物活动旺盛，这说明火星早期肯定存在宜居环境。耶洛奈夫湾岩石上采集的样本在“好奇”号的样本分析仪中进行加热分析，显示出现二氧化碳，证实了有机碳的存在。不过来自行星际的陨石也会带来有机碳，还不能据此确认这是远古火星生命的证据。

“好奇”号还对名为坎伯兰（Cumberland）的岩石进行了钻探取样，并在原地分析了岩石的年龄。根据美国加州理工学院的肯尼斯·法雷教授的论文，他的团队根据测量数据分析出这块火星岩石的年龄大自在38.6亿～45.6亿年之间，这是人类第一次实地评估地外天体的岩石年龄。法雷教授的团队还分析测定岩石暴露在地表或浅地下的时间，岩石暴露在宇宙射线辐射下时会因为宇宙射线的轰击产生特定的元素，“好奇”号可以通过测定这些微量气体元素的含量推算出岩石在火星地表存在的时间。“好奇”号分析出这块岩石的暴露时间大约为6000万～1亿年，这显示出火星的风沙侵蚀效应速度快得惊人。火星岩石的暴露年龄，还可能提供盖尔陨石坑内土壤岩石中有机物降解率的信息。

“好奇”号发现的流水地形

“好奇”号着陆区-盖尔陨坑

“好奇”号还在Haottah区域发现了圆形鹅卵石等流水塑造的河床地貌，显示这里曾经是一条火星古河流的河床。结合这些发现，如果火星上当年存在微生物，这里曾是它们的理想家园。总而言之，“好奇”号的探测调查结果显示，火星曾经存在支持生命诞生和生存的环境，这是人类火星探测获得的最重要发现之一。

2013年9月26日，科学家们宣布“好奇”号通过对土壤的检查，发现大量水存在痕迹。更早的凤凰号着陆器发现火星北极有水冰，但“好奇”号降落的盖尔陨石坑位于南纬5°附近的赤道地区，却仍检测出表层土壤含水量高达1.5%～3%，表明火星表面水是普遍存在的。火星富含水的探测结果，可能是人类在行星科学领域获得的最好的发现之一，这极大地鼓舞了人们的进取心，未来的火星探索和殖民可以就地取材获得水源，开拓火星殖民地不再是虚无缥缈的幻想。

甲烷在大气中不稳定需要不断地补充，而生物活动是产生甲烷的主要来源之一，美欧的火星轨道探测器不时宣布探测到火星大气中的甲烷，因此科学家们曾普遍期待“好奇”号确认火星大气中存在甲烷，这将增加火星现在存在生命的可能。根据截止2013年9月19日的测量结果，美国航宇局宣布没有探测到甲烷存在的迹象，这降低了目前火星存在生命的可能。“好奇”号还根据历史数据发现火星在漫长的过程中可能丧失了它大部分的大气层，但逃逸的原因和过程就是火星表面的“好奇”号鞭长莫及的了，这是后来发射的“火星大气及挥发分演化探测器”(MAVEN)的任务。

“好奇”号的另一个主要成果是使用机械臂上RAD辐射评估探测器探测测量了火星表面的辐射水平，这是人类首次实地测量火星表面的辐射量。“好奇”号的辐射测量结果显示火星表面每天受到的辐射量为0.7毫希沃特，这与国际空间站轨道上的辐射大致相当，而远低于预期水平。虽然火星表面的辐射水平远高于地球表面每年2.4毫希沃特的辐射量，对生物的繁衍和进化相当不利，也可能是火星生物没有兴旺发展起来的重要原因，但这样的辐射水平只有“好奇”号在行星际飞行时测量到的辐射水平（每天平均1.9毫希沃特）的约一半。火星大气虽然稀薄但总体上仍提供了一定程度的屏蔽效果，人类在火星表面的辐射水平下生存毫无问题。“好奇”号测量的火星表面辐射水平数据，对美国未来的载人火星登陆任务具有至关重要的价值，至少人们不用忧虑航天员在火星表面执行任务时的防辐射问题了。

“好奇”号设计寿命为1个火星年，但它只用了约8个地球月就完成了确认火星曾经宜居的探测目标。未来“好奇”号还将向夏普山挺进，考察这座5千米高山表层厚厚的沉积层，期待通过对夏普山矿物和地质结构探测，进一步探索火星过去的宜居环境和火星的地质演变史。