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  Richard A. Kerr 文 Shea 编译

  为了寻找火星上的生命迹象,美国宇航局(NASA)选择了矿物丰富但却神秘的盖尔环形山作为价值25亿美元的“好奇”号火星车的着陆地点。自20世纪70年代以来,“好奇”号是NASA第一个搜寻火星上曾经宜居甚至目前仍有生命迹象的真正天体生物学任务。行星科学家们正在为这一有史以来最具有科学能力的火星车重返火星而感到兴奋,但许多人也在为它发愁。他们担心NASA正在把“好奇”号送往一个被地质学谜题所包围的地点。

  美国的行星科学界在着陆地点的选择中扮演了核心的角色。通过一次次的研讨会和投票,60个候选着陆地点缩减成了1个(参见《为火星探测寻找最佳着陆地点》和《下一代火星车在哪着陆?》)。但是到2011年春,开放和认同走到了尽头。许多的参与者以他们的专长固守自己的最爱。面对巨大的分歧,“好奇”号的头头脑脑们决定不再靠公开投票来决定究竟哪个着陆地点值得花这25亿美元。

  [图片说明]:“好奇”号火星车在火星上工作的概念图。版权:NASA/JPL-Caltech。

  相反,一个由“好奇”号最高层主管和科学家组成的小组进行了闭门会商。他们意见一致地向NASA主管科学任务的副局长爱德华 韦勒(Edward Weiler)推荐了盖尔环形山。2011年7月下旬,韦勒最终决定把“好奇”号送往那里。盖尔环形山直径155千米,其中包含了5,000米高的沉积堆。每个人都同意这个沉积堆在地质学上很吸引人,但没有人知道它是如何形成的。很显然它拥有各种各样的水蚀矿物,但它们是如何到那里的仍不清楚。盖尔环形山的诸多古怪和神秘令许多行星科学家充满了形形色色的不安。

  但是一些科学家认为盖尔环形山的地质学和矿物学多样性会是一个加分点。一旦“好奇”号抵达盖尔环形山,他们虽然不知道故事会如何展开,但一定会有很多内容可供阅读。

漫漫长路

  行星科学家们长期以来就一直关注着盖尔环形山。十年前它就是受青睐的火星车探测目标,因为它有一个层状沉积堆。它的最底层可能是在火星早期盖尔环形山中拥有一个湖泊时形成的。早期有水存在――生命的必要条件――以及由层状沉积给出的清晰地质记录使得盖尔环形山成为了2003年发射的“勇气”号和“机遇”号火星车着陆地点的领跑者。

  不过,在这场更早的角逐中,盖尔环形山和火星车的工程限制相冲突。任务工程师们只能保证火星车着陆在火星表面一个100千米长的窄着陆椭圆中。对于盖尔环形山而言,这个着陆椭圆超过了它的山壁,使得它退出了竞争。于是,NASA在科学家们的建议下把“勇气”号送往了被认为是古代湖床的古谢夫环形山,结果那里却是一直极为干燥的、在天体生物学上乏味的熔岩地带。

  多亏了一些新兴技术,盖尔环形山来了一次绝地反击。工程师们已经精调运送“好奇”号的载具,而不再是像子弹一样冲入火星大气。这一进步最终使得“好奇”号的着陆椭圆缩小到21千米长、14千米宽,为它在盖尔环形山山壁和沉积堆之间的环形山底着陆提供了充足的空间。

  [图片说明]:盖尔环形山以及“好奇”号的打算着陆的地点(椭圆形内)。版权:NASA/JPL-Caltech/ASU/UA。

  在盖尔环形山被选中后,行星科学家们更加审慎地对它进行了勘测。在2006年6月召开的第一次着陆地点选择公开研讨会上,盖尔环形山就被贴上了至今都尚未被撼动的“神秘”标签。即便是它的拥护者也对它有不少的疑虑。于是有科学家表示,这是只此一次、价值几十亿美元的任务,但对于它将被送往的目的地是如何形成的却有着严重的问题。

  能够在盖尔环形山中形成层状沉积堆的机制在火星早期很普遍。没有人确切知道它是在对生命有利的湖泊中冲刷形成的,或者只不过是尘埃、火山灰、撞击残骸在一个干燥而杳无生息的环形山中的堆积。

  因此,未知的诱惑和普遍存在的现象使得盖尔环形山在第一份由举手投票给出的着陆地点排行榜上名列第六。但是在头五名中有三个环形山显露出了更为清晰的曾经拥有湖泊的迹象。例如,埃伯斯沃尔德环形山具有一个令人惊奇的和地球类似的三角洲,那里曾经有水流入并出现沉积,是唯长期有湖才能形成的特征。

  早些时候,盖尔环形山还牵扯进了另一场争议。在着陆地点研讨会上,地质学家提出地形学是过去宜居环境的指示器,而光谱学家则强调水蚀矿物的重要性,它们可以通过其特有的光谱颜色而被找到。科学家们注意到,即便埃伯斯沃尔德环形山拥有湖泊,其存在的时间也只有几万年。而另一方面,像莫尔斯山谷这样的地点其古代地壳岩石中富含粘土,暗示那里的岩石在水中浸泡了数百万年。这对于生命而言显然更具有吸引力。由此莫尔斯山谷排名第四,而另一个粘土地点则荣登榜首。

华美的救赎

  地质学和光谱学的争论一直延续到了第二次以及第三次着陆地点选择研讨会上。但在那个时候盖尔环形山和这些其他的环形山已经出了名。火星快车探测器上的分光仪首次在莫尔斯山谷这样的地点发现了水蚀矿物的信号,它们50%以上的表面为粘土覆盖。但之后NASA火星勘测轨道飞行器上空间分辨率更高的分光仪则发现在这些公认的环形山湖泊中粘土的丰度并没那么高。

  在2008年9月召开的第三次研讨会上,新的光谱数据把具有层状沉积的环形山地点推进了前三甲,而埃伯斯沃尔德环形山则以标志性的三角洲位列第一。莫尔斯山谷和尼利 福萨凹槽紧随其后。地质学家对于它们的形成和演化仍然知之甚少,天体生物学家则认为古代河床和三角洲要远比地壳深处更有可能拥有古代火星生物留下的有机残骸。

  [图片说明]:实验室中的“好奇”号火星车。版权:NASA/JPL-Caltech。

快刀斩乱麻

  在第三次研讨会之后,“好奇”号任务的领导者遇到了一个问题。在科学家眼中着陆地点已经成为了苹果或者橙子。在任何的选择过程中,吃苹果的人很难和吃橙子的成为一路人。由于投票是对所有科学家开放的,举手投票并不特别具有代表性。因此“好奇”号的项目科学家希望投票进入淘汰环节,而不是仅仅列出每个地点的赞成和反对票。

  但是在第四、五次研讨会之后情况依然如此,于是按照计划后续的讨论转成了由50或者60个“好奇”号团队成员参加的闭门会议。埃伯斯沃尔德环形山和盖尔环形山基本势均力敌。而在最终的四个地点中排名第三的霍尔登环形山因没有三角洲而无法证明它曾经拥有湖泊。对莫尔斯山谷所知甚少且缺乏地质学上的多样性,科学家们担心它会重蹈“机遇”号着陆点本初子午线平原的覆辙。另外,它还严重地受到了附近撞击事件的影响。科学家们害怕即便火星车去了那里也很难还原它的历史和全貌。

  于是,对于“好奇”号的项目科学家、任务主管以及9个首席科学家而言,只剩下了埃伯斯沃尔德环形山和盖尔环形山。探测它们中的任何一个都是让人兴奋不已的,但最终盖尔环形山因其地质学和矿物学上的多样性而胜出。虽然埃伯斯沃尔德环形山拥有三角洲,但那也是它唯一拥有的东西。

  与之形成对比的是,在盖尔环形山的沉积堆中其不同的矿物层至少记录下了火星上三种不同环境的来去演变。它的最上层保留下了在过去的几十亿年里火星最近一次转入干燥气候的信息。它虽然不如三角洲那么直接,也不清楚其确切的历史,但却一定值得慢慢地细细品味。

  (本文已刊载于《太空探索》杂志2011年第11期)

  [Science 2011年7月29日]