毅力號出發冒險囉!但要在哪裡降落呢?NASA你說說看!——火星特輯(1)

2020年夏天是每26個月一度的火星探測季。這次的火星季特別令人興奮,因為共有3艘太空船正在前往火星的途中!在期待新的探測器帶給我們新發現的同時,就讓本特輯充當導覽員,為您解說火星探索背後的故事以及這顆紅色行星的科學。

毅力號出發囉!但該在哪裡著陸呢?

行星探索的費用高昂,對於火星2020計畫也不例外。光是把一台毅力號(Perseverance)探測車造出來後發射就要花上720億台幣[1],而且這還沒算上機智號(Ingenuity)無人直升機和其他的花費。

為毅力號做的每一個決策,像是選擇著陸點,都必須要確保這台探測車能夠發揮最大的機能,以最有效率的方式達成任務目標。由於毅力號每天能夠移動的距離實在有限(時速是152公尺[2],大概跟烏龜相同),如果隨隨便便在火星上亂選一個無趣的地方著陸,就像是把錢丟到水裡一樣。嗯,如果火星上真的有水池,NASA說不定會支持把探測器丟到水裡看看是不是有生物游來游去。

毅力號表示:不要把我丟水裡啦!(設計對白) 圖 / NASA 計劃官網

這次毅力號主要的任務目標是回答以下問題:

「有沒有生命存在或曾經存在火星上?」

雖然論表面積,火星只有0.28個地球大,但是如何選擇最有「生命希望」的著陸點進行研究仍然是一個困難的問題。

NASA至少從2014年開始就在思考可能的選項,然後提出了超過30個候選的著陸點[2]。在2015年8月的一場據說是氣氛肅殺的工作會議中[3],透過與會科學家的激烈辯論,候選的著陸點總算是減少到了8個[2]。這8個地點有不一樣的地形、地質、化學特徵,著陸難度不同,可能支持生命存在的跡象也不同。

可以想像的是,接下來的選擇可能會充滿主觀判斷,例如地球化學家會偏愛有特定礦物成分出現的地點,而地形學家則會選擇生物最有可能曾經活動過的地形。那該怎麼辦呢?一起打擂台嗎?(誤)

經過一番論戰後,NASA選出的8個候選登陸點。(NASA)

在2016年,NASA決定集思廣益,邀請大學內進行火星研究的人員一同參與決策。筆者在同一年也加入了一個為期5個月的定期工作會議,參加的單位有康乃爾大學、加州理工學院、亞利桑那州立大學、哥本哈根大學、普渡大學、西華盛頓大學跟石溪大學。

開會內容就是仔細評估每個著陸點的古環境與地層證據,列出優缺點,最後再投票表決心目中最可能找到「生命希望」的地點。工作會議的參加成員從大學生到教授都有。我們的投票結果在工作會議後呈交給NASA,作為選擇著陸點的部分依據。

經典三選一!最後落地何處?

在2017年,NASA選出了3個最終候選地點,分別為耶澤羅隕石坑(Jezero Crater)、東北瑟提斯(Northeast Syrtis),以及在古瑟夫隕石坑內的哥倫比亞丘陵(Columbia Hills in Gusev Crater)[2]

前兩個地點都跟我們的投票結果相同,但是最後一個不一樣,我們的選擇是一個叫做馬沃斯谷(Mawrth Vallis)的地方。畢竟,NASA不能只憑登陸點的科學潛力做決策,還得考慮技術上的難易度以及未來的發展性(例如火星殖民需要的資源)才行。NASA選出的這三個地方分別有什麼吸引人之處?

最終的登陸點候選人。(NASA)

哥倫比亞丘陵:這個地方最大的優點是NASA很熟悉,因為之前的精神號火星車也是在這邊著陸。科學家透過分析精神號拍攝的照片與採集的樣本,知道了這個地點有很多有趣的沉積物種類,其中有一種叫做蛋白石質二氧化矽(Opaline Silica)。

在地球上,蛋白石質二氧化矽的來源主要是矽藻,或是在火山溫泉區經無機作用生成。因此,在哥倫比亞丘陵發現的蛋白石質二氧化矽,代表高溫、充滿礦物質的泉水曾經在此流動過的跡象[4],且其他地質證據也支持這個論點。可惜的是,精神號已經在2010年因陷入沙坑而停止運作。想要進一步了解這些礦物是否代表生物存在的痕跡,就只能派毅力號舊地重遊了。

從精神號著陸點遙望哥倫比亞丘陵 (NASA)

東北瑟提斯:雖然沒有探測車到訪過這裡,不過從繞火星的人造衛星調查的資料來看,這個區域完整保存著火星形成後最初的十億年內形成的地層。有趣的是,其中的一個地層富含碳酸鹽礦物,而且鐵、鎂的含量很高;而另外一個地層則富含高嶺土(一種黏土礦物)。前者非常有可能是透過熱水的化學作用,讓橄欖石(一種火山岩內會有的礦物)的成分發生改變而形成;如果有適合的微生物存在,更能夠促進這種反應的發生。

高嶺土則是更進一步暗示了這個地區以前一定有地表水或地下水存在[5]。透過這些礦物拼湊出的歷史,暗示東北瑟提斯在過去的某個時間點存在非常有利於生物誕生與滋養的環境。

東北瑟提斯的衛星影像 (NASA)

耶澤羅隕石坑:從地形上來看,幾乎可以確定的是在很久很久以前,至少有兩條河流注入了這個隕石坑,讓坑底變成一個大湖。雖然湖現在早已乾涸,但是河口三角洲的位置從衛星影像上仍然清晰可見。這些三角洲主要由碳酸鹽類礦物與黏土礦物構成[6],如果以前曾經有微生物活在湖中,從這些沉積物中就可以找到生物釋放的化學訊號。

耶澤羅隕石坑,三角洲的衛星影像 (NASA)

在2018年,NASA宣布了著陸點的最終選擇,耶澤羅隕石坑雀屏中選。

接下來我們將進一步介紹這個隕石坑科學上的有趣之處,以及毅力號打算要在這個地方進行什麼樣的任務。在這些候選名單中,你自己又屬意哪個區域呢?你覺得NASA是否真的挑中了最具有「生命希望」的地區呢?

參考資料/延伸閱讀

[1] Leonard David. Mars Needs Money: White House Budget Could Prompt Retreat from Red Planet. Scientific American. April 30, 2020

[2] MARS 2020計畫網站

[3] Kenneth Chang. How NASA found the ideal hole on Mars to land in. The New York Times. July 30, 2020

[4] Squyres, S. W., Arvidson, R. E., Ruff, S., Gellert, R., Morris, R.V., et al. (2008). Detection of Silica-Rich Deposits on Mars. Science, 320(5879), 1063–1067.

[5] Ehlmann, B. L., & Mustard, J. F. (2012). An in-situ record of major environmental transitions on early Mars at Northeast Syrtis Major. Geophysical Research Letters, 39(11), 1–7.

[6] Goudge, T. A., Milliken, R. E., Head, J. W., Mustard, J. F., & Fassett, C. I. (2017). Sedimentological evidence for a deltaic origin of the western fan deposit in Jezero crater, Mars and implications for future exploration. Earth and Planetary Science Letters, 458, 357–365.

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透過我的眼睛、鏡頭的眼睛、還有衛星的眼睛看世界的地球科學研究者。期望與你分享冰川下封存的秘密或是火山上隱藏的故事;夜晚,我們更可以遙望皎潔的明月,更遠的木星與冰衛星,甚至更遠更遠──某顆系外行星上的生命,或許也正拿望遠鏡看著我們討論人類最終的歸宿。推特:https://twitter.com/WhyjayZ (英文)

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