毅力號即將出發!NASA 2020火星任務,探索生命之謎

對於距離地球最遠達 4 億公里的火星究竟有沒有外星生命,一直是天文學家極力想探索的目標。在今年七月底,NASA 即將對探索火星計畫跨出超大的下一步啦!

2011 年,好奇號 (Curiosity) 成功發射後,傳回不少火星的地貌照片以及環境線索等重要資訊。而就在今年 (2020) ,好奇號的後輩——「毅力號」(Perseverance Rover) 即將要前往火星,執行火星 2020 探測車任務 (Mars 2020 rover mission, Mars 2020),也就是進一步探索火星的任務。

毅力號在火星上的示意圖。圖/NASA

毅力號與它的火星探索任務即將開跑啦!

力號預計於 2020 年 7 月 30 日的 11:50 發射升空(換算成台灣的時間為 19:50),並在為期七個多月的太空漫遊後,於 2021 年 2 月登陸火星,開始執行它的任務。

有趣的是,毅力號的許多零件都是使用製造好奇號時所剩下的備用零件,所以說毅力號是好奇號的「後輩」可以說是再適合不過了呢!

自從 1965 年的水手 4 號 (Mariner 4) 成功飛越火星,並回傳了首張火星地表的照片後,NASA 對火星的研究就從沒有停止過。在這段期間,天文學家們發現火星擁有火山、火星極冠 (Mars polar caps),還有非常複雜的水和地質演化史,也發現早期的火星擁有滿足生命所需的所有條件。想要證明火星上有生命存在,現在最關鍵的一步就是找到生命存在的直接證據了。

不過,這可不是一件簡單的事。要找到這樣的證據,要有夠厲害的偵測裝置,在火星上偵測到能夠證明生命存在過的合適樣本,並正確地分析後,我們才能真正證明火星曾有生命存在過。

而且,實際上現代人類的科技也無法將那些分析樣本的實驗室儀器透過火箭一起發射到火星上,所以上面說的方法以目前的科技來說,是不可行的。

好啦別難過,畢竟火箭能乘載的空間是有限的嘛。圖/GIPHY

但你先別失望,既然沒有辦法將儀器發射到火星上,為什麼不把合適的樣本送回地球分析呢?於是,火星 2020 探測車任務就誕生了!

火星 2020 探測車任務的目的,除了要探測火星的地質、環境與歷史,更重要的就是要將火星的樣本送回地球。這樣一來,我們就能對火星有更進一步的認識,或是找到火星曾經存在生命的證據,也為未來人類實際上登陸火星探索做準備。

雖說是這樣,將火星的地質樣本送回地球可是浩大的工程,首先要在火星上收集好地質樣本,再來還要將一枚乘載著「另一枚火箭」的火箭,成功射向火星並成功登陸。而那另一枚火箭載著收集好的樣本,自行從火星發射,將樣本發射至火星的自轉軌道中,最後再由其他裝置將其運回地球,才能將樣本順利送回地球分析。

火星 2020 探測車任務計畫步驟示意圖。/NASA

簡單來說,火星 2020 探測車任務分成三個任務:任務一,尋找並偵測最合適的樣本,將其裝管並儲存放置;任務二,從地球發射火箭,並將樣本運往火星自轉軌道;任務三,將樣本運回地球。

而本次發射的毅力號就是負責執行任務一,也就是偵測火星的地質與氣候,找出最合適的地質樣本,再將其分別裝進 30 個樣本儲存管中啦!一旦收集任務完成後,毅力號就可以喘口氣,繼續看看四周的地質環境如何,盡可能將更多的火星資訊回傳給地球。

值得一提的是,火星 2020 探測車任務的第二步是將載著另一枚小火箭的大火箭從地球發射後,再讓小火箭自行從火星發射。實際上靠著人類目前的現代科技,最多也只能將 100 公克的樣本送回地球而已。

因此,找尋到理想的合適樣本會是巨大的挑戰,而任何一個小零件毀損都有可能導致任務失敗。同時,那 100 公克珍貴的地質樣本,也需要非常謹慎的選擇。

毅力號的任務示意圖。圖/NASA

精挑細選的降落地點:傑澤羅隕石坑

另外,雖然火星那麼大,但要讓探測車順利登陸,也得有理想的環境條件才行。

經過精挑細選,最後毅力號決定降落在「傑澤羅隕石坑」(Jezero crater)!

根據過去精神號 (Spirit)、機會號 (Opportunity) 以及前面提到的好奇號的經驗,若是要讓探測車順利的著陸,這個著陸地點要滿足不少條件。

第一,這個地方不能太高,必須低於 500 公尺,才有足夠的大氣讓降落傘可以張開;第二,這個地點必須距離火星的赤道 30 度以內,才能有足夠的溫度讓機器能安然度過火星的「冬天」;第三,降落地點需要大約 10 公里寬的平坦地面,才能讓毅力號順利降落。以上三點要能夠同時滿足。

同時,樣本要足夠古老,才能分析出火星過去的環境變化,讓我們多得到一些資訊。傑澤羅隕石坑非常古老,天文學家認定被隕石撞擊出的坑曾經是一個充滿水的湖,而且我們甚至能看到在隕石坑的一旁,有因河川流入湖泊後流速降低、河川中物質沉積所形成的三角洲。

透過衛星圖像的分析,這個三角洲含有大量的蝕變礦物 (altered mineral)。礦物蝕變即是指礦物的化學組成或結晶狀態因環境而產生變化,而通常最常見、也最有影響的催化劑,就是前面不斷提到的水!這就代表此地非常有可能含有生物訊息。

在多重條件都滿足的情況下,NASA 就選定了傑澤羅隕石坑作為毅力號的降落地點。

傑澤羅隕石坑的蝕變礦物分析圖。圖中藍色、綠色的部分就是透過衛星分析含有蝕變礦物的地方。圖/NASA

測試 MOXIE:將二氧化碳變成氧氣的裝置

前面提過毅力號使用了許多好奇號的備用零件,不過其實毅力號還是有比起前輩更厲害的地方的!毅力號搭載了一個對於宇宙探索非常重要的裝置—— MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment)!

實際上,MOXIE 是一項將二氧化碳轉換為氧氣的裝置,體積也不大,就與汽車的電池差不多大,不過尚在實驗階段,本次的火星 2020 探測車任務就特別裝上,藉此測試效果如何。

本次的任務二,也就是將收集到的樣本運到火星自轉軌道的這一步驟,實際上是非常具挑戰性的。不過若是 MOXIE 成功,也有不錯的效果,MOXIE 就能將火星的二氧化碳轉為液態氧燃料!也許本次任務就能有更進一步的探索。

MOXIE所在位置示意圖(我想大家都看得出來黃色的部分就是 MOXIE 裝置吧)。圖/NASA

同時,火星或許就能成為人類探索宇宙重要的中心,不用從地球一直往火星送液態氧,而有機會在火星自行製造。

不過,最重要的是,火星大氣的氧氣濃度非常稀薄,比起地球的 21%,火星大氣中僅僅只有 0.13% 的氧氣,而且有 96% 都是二氧化碳。這對於未來人類實地探索火星非常不利,畢竟人還是需要呼吸、需要氧氣才能活下去。倘若 MOXIE 的技術在火星上能夠順利運作,氧氣不足對於宇宙探索造成的阻礙就變小許多,對未來人類登陸火星也是非常重要的一大步,為宇宙探索帶來革命性的發展。

When we send humans to Mars, we will want them to return safely, and to do that they need a rocket to lift off the planet. Liquid oxygen propellant is something we could make there and not have to bring with us. One idea would be to bring an empty oxygen tank and fill it up on Mars.(當我們將人類送上火星,我們都希望他們能平安返回,而為了達到此目的,必須在火星上發射火箭。液態氧推進劑是我們能在火星上製作的東西,不必帶著。有個主意是帶著空氧氣筒去,並在火星上裝滿它。)

—— Michael Hecht,MOXIE 首席研究員

本次的任務,不僅要探索火星的環境以及歷史、尋找生命存在的證據,甚至還能測試 MOXIE 這項徹底改變現代人類宇宙探索方式的革命性技術,真是非常令人期待呢!

說不定,未來人類真的能移居火星,過上現在的我們想都沒想過的嶄新生活呢!

參考資料

  1. Wikipedia-Mars 2020
  2. Wikipedia-Perseverance (rover)
  3. Wikipedia-Mariner 4
  4. NASA-Mars 2020 perseverance rover mission-Overview
  5. Medium-NASA to Launch the Next Era of Mars Exploration with the Perseverance Rover.
  6. Wikipedia-Jezero (crater)
  7. Wikipedia-Mineral alteration
  8. NASA-Mars 2020 perseverance rover mission-MOXIE
 



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關於作者

彥寧

比起鯛魚燒,我更喜歡章魚燒。

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