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找尋生命痕跡 好奇號首征火星陸地

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美國宇航局2012年8月1日提供的火星科學實驗室MSL好奇號探測車模擬圖像,這座移動機器人正擔任研究火星的過去或現在有無微生物生命的可能。(NASA)

好奇號火星探測車自2011年11月26日發射以來,經過8個多月、5.6億公里的長途跋涉,於今年8月6日順利登陸火星,並隨即發回了登陸地附近火星地貌的清晰照片,再一次興起了人們對宇宙奧祕的探索熱潮。

文 ◎ 王樺

美國宇航局(太空總署 NASA)斥資25億美元打造的火星探測車「好奇號」(Curiosity),超過20億美元造價的哈勃太空望遠鏡,成為最昂貴的太空探測項目。現在正如一輛重裝備的越野跑車,從著陸的蓋爾隕石坑(Gale Crater)帥氣地朝向「夏普山」(Mount Sharp)前進著。

好奇號火星探測車自2011年11月26日發射以來,經過8個多月、5.6億公里的長途跋涉,於今年8月6日順利登陸火星,並隨即發回了登陸地附近火星地貌的清晰照片,再一次興起了人們對宇宙奧祕的探索熱潮。

好奇號這回重裝備帶著10臺儀器,包括兩部彩色攝像機,總的重量是早期如高爾夫球場機動車大小的精神號和機會號的15倍以上,它將在那數十億年前還是個溫暖且有相當大水面積的火星世界,研究地質、化學和可能的生物特性,尋找碳、甲烷和其他有機物的跡象。以前的火星探測車或著陸器曾強烈反映出「火星上可能有生命」這一訊息,無論是現存的還是古代的。好奇號正進一步探索這可能性。地質學家和項目科學家格洛岑格(John Grotzinger)說:「我們都感到一種莫名的壓力,在做一件意義深遠的事情。」

尋找水痕跡

火星可能是被詛咒的沙漠,但它可能曾經是個非常不一樣的地方。其表面有乾涸的河床,沒海水的海洋盆地,甚至說是塵土飛揚的海洋。地球若去掉99%大氣層和蒸發掉其水氣,看起來會很像它這位脫了水的火星弟兄。火星45億年的生命歷程中至少有10億年是溼的,以地球早期的實踐證明,這段時間可能足夠孕育出生命來。

1990年代末開始飛往火星的飛船發現,火星表面的化學和曾遭水淹過的行星一樣。精神號(Spirit)和機會號(Opportunity)探測車上的刮削器、鑽子和磨損工具,發現了豐富的形成水的礦物質,包括鹽、石膏、硫酸鈣和像赤鐵礦的物質。火星偵察軌道(Mars Reconnaissance Orbiter, MRO)的衛星發現火星斜坡上季節性紋路的形成和消失,是地下礦層存有水的標誌,在火星春季時解凍、流動,在冬季時結凍、收縮。

好奇號降落地點被稱為蓋爾隕石坑,寬96英里(155公里),位於火星南半球,被認為有38億年的歷史,曾經是一個大湖。一座高3英里(4.8公里)稱為夏普山的高峰在其中心升起,周圍有外露的地層。似乎已經被水沖刷的管道散布在隕石坑壁和山腳下,與輻射狀的沖積扇形成的三角洲,印刻在靠近著陸點附近的土壤上。這正是地質學家興奮地尋找生命的基本條件。

格洛岑格說:「我們希望能找到與水相互作用的物質,」他說,以前的登陸器做過一些土壤分析,「但這次,我們會發現實際的化學物質。」

好奇號會從很多方面從事探索。探測車的機械臂將剷起土壤樣品,運送到探測車上的分析室,在那裡通過氣相色譜儀、質譜儀、激光光譜儀研究,尋找能說明問題的同位素、氣體和元素。化學嗅探器將採樣火星的空氣 ——碳化合物,特別是甲烷——這是細菌的副產品。為研究火星地質,有一個長距離的鐳射可以在23英尺(7米)之外以100萬瓦的鐳射光束岩爆、汽化,並允許一臺光譜儀分析化學殘留物。探測車上的X射線分光計將在附近的岩石上做類似的工作。有了X射線衍射,才能真正確定是什麼樣的礦物種類,這些岩石是如何形成的。

最引人感興趣的是分布在好奇號周圍的17個攝像鏡頭。他們視覺敏銳到能解析27碼(24.7米)以外如一顆高爾夫球大小的物體,從多個角度捕捉百萬畫素(one-megapixel)的彩色圖像。這些清晰的成像儀安裝在探測車垂直桅桿的頂部,可伸展上升到離地面7呎(2.1米)。

好奇號續航能力強。過去精神號、機會號等使用太陽能電池板的火星車受制於火星季節變化,電池板提供的能量也有限,而利用核力發電,足以讓好奇號同時運轉的諸多儀器提供充足能量。好奇號的核燃料電池設計壽命長達14年,也高於太陽能電池板。

這個靠輪胎滾動前行、多個機械臂、17隻眼睛、肚子裝著科學實驗室的越野車樣的機器人,正逐漸睜開眼睛、充飽電力,並測試行駛後開始工作。

完美但又略顯笨拙的著陸

美國太空總署NASA去年11月發射了新型火星探測器「好奇號」,經過了八個月、5.6億公里的長途飛行。為了避免腦力和財力的重大損失,NASA對於挑選降落地點、如何降落,絞盡腦汁,具核動力的六輪探測器外型像越野休旅車,一度考慮借用安全氣囊的概念,最後採用降落傘、車體分離和噴射推進器,來緩衝好奇號從時速兩萬多公里到零、有如急煞車的劇烈衝擊。就這幾個簡單的動作,卻用了精密又超複雜的機械儀器,相較於報導中常看到造型簡潔流暢、來去神速的飛碟,有點顯得笨拙。

在NASA所稱的「驚險七分鐘」之後,這裝著實驗室的越野車通過向地球發射圖片來宣布登陸成功,包括一張展示其輪胎的圖片,以及一張它在布滿灰塵的火星表面投下的陰影的圖片。


火星上的灰塵風暴特寫鏡頭,由美國宇航局NASA的火星探測軌道器上的火星彩色成像儀於2007年11月7日拍攝的。(NASA)

當第一批圖片傳輸到位於加州(California)的發射總部時,身穿藍色工作服的科學家和工程師們熱烈地鼓掌。NASA科學任務助理行政官格隆菲爾德(John Grunsfeld)稱:「驚險七分鐘已經轉化為了勝利七分鐘。」畢竟是數千名科學家花了十年的心血成就的。

之後探測車又發回了一張更為細緻的照片。好奇號項目主管格洛岑格說:「好奇號的登陸地點的前景位置,可以看到一個沙礫場。問題是,這些沙礫是從哪來的?這將是我們在火星新家上諸多科學問題中的第一個。」

「好奇號」陸續發回一些其登陸地點的顏色更好的圖片,該地點接近火星赤道下方。

探索生命元素

真正的探索一兩個月之後才將開始。核動力發電的「好奇號」將探索其登陸地點「蓋爾隕石坑」的化學和地質情況,為科學家關於火星是否曾有原始生命的研究提供證據。「好奇號」官方規定的探測時間為687個地球日,也就是火星年一年的時間,但NASA科學家表示,此次探測可能持續十年甚至更長時間。

NASA總長博爾登(Charles Bolden)說:「它將尋找那些古老問題的答案:火星上是否曾存在過生命,火星未來能否提供生命體維持的條件。奧巴馬總統制定了一項大膽的願景,計畫在2035年左右將人類送上火星,而今天好奇號的登陸則是實現這一目標過程中邁出的重要一步。」

好奇號所收穫的科研成果將有助於揭示火星的氣候歷史,以及這顆行星是否曾經經歷過適宜生命生活的時期。

火星上是否存在生命?NASA火星探索計畫一直將此作為關鍵問題,不過專案科學家格洛岑格這回謹慎謙卑地答:「好奇號計畫並不是一次生命探索任務。事實上,我們並不是在尋找生命;即便火星上有生命,我們也沒能力去探尋。」

事實的確如此,好奇號所要找尋的是「生命的元素」,即構成生命的關鍵分子和元素。而且,先前的火星任務也沒有攜帶能夠搜尋火星生命的儀器,唯一一次例外是1970年代升空的海盜號探測器。

奧巴馬上周再次致電NASA加州噴氣推進實驗室JPL(Jet Propulsion Laboratory)科學家特別叮囑:「如果你們和火星人取得聯繫,請立即讓我知道。我手頭有很多其他的事情,但我猜想那將是最優先的事項。即使只是微生物,也將會非常令人興奮。」

夏普山的地質考察

「幾個月內好奇號火星探測車將踏上開往火星夏普山的路上,」火星探測專案科學家格洛岑格博士說道。

由於一些幾乎沒有人能清楚解釋的原因,蓋爾隕石坑的中央矗立著一座高達3英里的高山。目前,這座高山被暫時命名為夏普山,以紀念世界太空探險先驅─加州理工學院的行星科學家夏普(Robert P. Sharp)。這座山比地球上美國所處美洲大陸的山都要高。運行在火星軌道上空的衛星已經觀測到夏普山主要是由幾百萬年前沉積到蓋爾隕石坑底部的沉積物分層堆積而成。後來,堆積的沉積物經過沖刷,形成了矗立於隕石坑中間的夏普山。

科學家們相信,這些堆積的土層,可以為來自地球的人類提供關於火星早期形成的歷史資訊。火星上空運行的軌道衛星已經在山腳發現一些類似土的物質,一些礦物質,而這些礦物質則需要在有水的條件下才能得以形成,同時,這些礦物質的存在,也表明早期火星的環境比現在還更呈弱酸性。「好奇號」爬上夏普山的時候,會沿形成時間較晚的岩石層表面行駛,而其行駛過程中觀測到的變化,則將告訴我們火星環境是如何變化的。

奧巴馬的太空計畫

好奇號在8月6日成功登陸時,奧巴馬就像每一位從甘迺迪到小布什總統一樣,快速地公布從太空傳來的好消息「今晚,在火星上,美國創造了歷史,」他在一份正式聲明說 「事實證明,即便是最艱難的旅途也無法阻擋我們獨有的才智和決心。」


8月6日美國宇航局NASA科學家們高興地起立歡呼造價25億美元的好奇號探測車成功著陸火星。(NASA)

奧巴馬總統已經制定了一個大膽的設想,打算2030年代中期,發送人類到火星,」他說:「今天的著陸,標誌著在實現這一目標的重要一步。」

現在有越來越多民間企業計畫運載貨物和宇航員的宇航業務,如SpaceX公司5月間飛往國際空間站成功的補給任務。但私人企業的努力成果如何,到目前為止真的很難說。美國宇航局已經為其候選的企業分擔研發成本,並且在他們證明能勝任之前就簽署了利潤豐厚的合同,超過40億美元之多。

美國總統奧巴馬2010年11日簽署一項美國空間計畫法案,使之成為法律,為美國的火星計畫制定了方向。





博爾登在一份書面聲明中說,這項計畫將促進不斷發展的商業太空運輸業,宇航局因此將得以重點開發重裝載發射運載火箭,把宇航員送如比近地軌道更縱深的太空。這就意味著,美國宇航局將把重點放在以一些小行星為目的地的航行,最終目標是火星,而前總統布什政府的計畫則是在探索火星之前,首先要重返月球。

時值美國總統大選即將臨近,兩黨候選人已就聯邦政府預算赤字展開攻防戰。奧巴馬在通話中還標榜自己的政府一直把提高科學、技術、工程和數學教育當做一大重點,並承諾將繼續確保對科學和技術的重要投資不被削減。

事實上,為激勵更多年輕人對科學的興趣,美國太空總署2008年曾向學生徵集名字,最終華裔女孩馬天琪所起的「好奇號」這個名字從9000份參賽作品中脫穎而出。

事實上,無論是哈勃太空望遠鏡所拍攝的奇妙照片,還是火星探測器探路者號(1997年)、精神號(2004年)和機會號(2004年,至今仍在火星上漫遊)的冒險事跡,都讓世人為之心醉神迷,揭開神祕面紗的照片和資料或許是維繫公眾興趣的關鍵所在,因為它們不斷改進了人類對於宇宙的認識。天文學和宇宙學與生俱來的激勵感則顯得相當獨特,著名哲學家和物理學家戴森(Freeman Dyson)曾特意引用了古代數學家托勒密所創作的詩句:「我知道自己是一介凡人;但是,當思緒隨著天上的繁星一起旋轉時,我就脫離了塵世。」◇

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