尋寶行動

這就是斯特茨納團隊的作用所在。他們從零開始，試圖夢想出最好的樣本采集系統。他們的初期構想包括一些很大膽、但也不成熟的意圖，例如為火星車配置多條機械臂，部署不同的科學儀器。最后，他們的決定是這樣一種系統：火星車把機械臂伸向一塊巖石，鉆探并提取15克樣本，然后對裝樣本的金屬管進行密封，把它存儲在火星車內部。這整個過程都發生在1小時內，目的是減少樣本暴露在火星大氣和可能的樣本污染中的時間。

新火星車將搭載足夠的采樣保障物，以充填和密封至少31根金屬管，其中每根長約14厘米，直徑2厘米。為以防萬一，新火星車還會搭載多根備用金屬管。并非所有這些金屬管都將容納火星樣本。其中一些金屬管將充當“證人”，它們裝的是鋁篩或陶瓷，目的是捕捉環境污染物。在前往火星的路途中，其中一根金屬管將不被覆蓋，目的是捕捉在飛船飛行過程中可能蒸發的物質。這根金屬管將在飛船抵達火星時被密封。其他金屬管將在到達火星表面后的不同時間依次打開，目的是收集在每個采樣地點空氣中的擾動情況。隨后，科學家將得以運用“證人”管子來確定鉆取的樣本是否被污染，以及污染的時間。

火星樣本返回任務中，飛船登陸火星步驟（示意圖）

火星2020任務團隊只是在最近才決定采用證人管的，這一決定是根據一些學者的建議，這些學者未來將可能研究被送回地球的火星樣本。總之，一定要盡量確保采集超純凈火星樣本。到了這些金屬管被制造、消毒、烤制和放進飛船內之時，它們或許將是地球上最純凈的小環境。對樣本的無機、有機和生物學要求合在一起，共同使得2020火星取樣任務如此具有挑戰性，在美國宇航局迄今為止執行的太空任務中如此獨一無二。

為了盡量不讓地球微生物污染其他行星或衛星，其他空間飛船已經達到了很高的潔凈度。早在20世紀70年代，美國宇航局的“海盜號”火星登陸器搭載的主要儀器就經歷過溶劑消毒，還在氦氣中被烤了4天。歐洲空間局的“外火星號”火星車計劃采取類似的保護性消毒舉措，并計劃也在2020年發射，以搜尋過去火星生命的跡象。中國也計劃在2020年發射火星車。

美國宇航局的2020火星取樣任務不得不超越往常的天體保護要求，以確保被送回地球的樣本的科學純潔度。對這些樣本的處置，可能會比對由“阿波羅號”飛船帶回地球的月球樣本的處置還仔細。

不得不承認，沒有辦法確保飛船絕對干凈。實際上，科學家正在決定哪種污染程度可以接受。無論是有機物還是無機物，其污染都必須被控制在某種程度以下。有科學家建議，任何樣本污染都不能超過總有機碳的一億分之四。

鉆頭的鉆齒是由氮化鎢制成的，因此樣本將無可避免地被鎢污染。這意味著未來科學家不能使用依賴于鎢和鉿的放射性衰減系統來測定火星巖石的年代，而不得不選擇其他方法來為這些巖石測年。

另一個考慮是，在這些金屬管等待被送回地球期間，它們在火星表面的溫度可能會變高。為此，科學家正在檢測科學信息在不同溫度下的丟失情況。他們的結論是，60℃是可以接受的上限，超過這一限度，一些有機化合物就開始降解，一些礦物質開始分解，還有其他一些改變，研究價值自然就會打折。因此，工程師們決定用氧化鋁覆蓋這些金屬管，目的是反射陽光，保持金屬管溫度在60℃以下。

美國宇航局尚未最終決定把火星樣本送回地球的任務，但如果樣本真能返回地球，科學家就會使用一系列技術來測試火星生命的可能性。他們將尋找蛋白質的前驅物——氨基酸，還要尋找其他復雜的有機化合物。另一些證據可能將來自于重要分子的同位素比例，在地球上，這些比例能提供生物學過程的清晰信號。科學家并不認同哪一種組合測量能證明火星生命的存在，但通過對火星巖石及其包含物的一系列觀測，科學家或許能對有無生命或是否曾有過生命，提出一個令人信服的結論。

當然，這并不是一件容易事。身為2020火星取樣項目主要科學家之一的法利，是一位地質化學家，他的研究方向是宇宙射線怎樣改變巖石的化學組成。因此，他擔憂任何可能存在的火星有機化合物，都可能因為躺在在火星表面附近而降解了數百萬年。為獲得最佳樣本，一種策略是把取樣地點定在火星表面的懸崖底部，在那里，當高處巖石墜落并分裂后，新鮮材料會暴露出來。

美國宇航局打算，在1～1.5個火星年中采集20個精挑細選的樣本，并對之做詳細記錄。這意味著，新火星車必須在許多可能的取樣地點之間行駛，還要從一系列不同的地質環境中分析可能產生最有用信息的環境是哪一個。在采集樣本過程中，新火星車可能需要把采樣金屬管存放在多個采樣點的地面上。

在火星表面的4年半中，“好奇號”火星車僅僅鉆探了15個洞，行駛了16千米多一點。2020火星取樣任務不僅要進行更多鉆探，而且要讓新火星車跑更多的路，行駛速度也快得多。怎樣做到這一點？也是科學家快馬加鞭、絞盡腦汁的研究內容之一。

在這幅火星樣本返回任務示意圖中，顯示了飛船登陸火星的6個設想步驟。美國宇航局與歐空局合作，計劃在2020年之后實施這項任務。

A 減速傘艙依然與巡航火箭連接。在飛船從地球飛往火星的過程中，巡航火箭為飛船提供電力和機動。

B 在丟棄巡航火箭后，減速傘利用與火星大氣的摩擦力減速。在從火星大氣上層往下墜落過程中，減速傘保護其內部的飛行系統其他部件不受熱損傷。

C 在第三階段，飛船的降落傘讓下降過程進一步減速。

D 在與降落傘和減速傘分離后，下降火箭上的制動火箭點火，控制降至地面最后階段的速度。

E 下降火箭開始把系在纜繩上的登陸器往下傳遞。下降最后階段的關鍵步驟時間點，由有關飛船高度和速度的雷達輸入決定。

F 搭載火星車和上升飛船的登陸器登陸火星，連接纜繩被割斷，與登陸器相連的下降火箭飛走。

登陸后，火星車將把之前存儲的火星樣本傳遞至上升飛船。上升飛船搭載著樣本飛離火星表面，與停泊在軌道中的一艘飛船對接，后者將把樣本送回地球。