導(dǎo) 讀
土壤是陸地生命的發(fā)源地和棲息地，火星有沒(méi)有生命，解析火星土壤很重要，土壤科學(xué)家參與火星項(xiàng)目標(biāo)志著土壤科學(xué)也走出地球了。
期待中國(guó)的探月工程、火星工程也能有土壤學(xué)家的參與。
編譯/陳能場(chǎng)（廣東省生態(tài)環(huán)境技術(shù)研究所研究員、中國(guó)科協(xié)環(huán)境生態(tài)領(lǐng)域首席傳播專家），葉泓緯( 廣東旅道集團(tuán)有限公司)
原文：Caroline Schneider.2013. SatisfyingOur Curiosity: Studying Martian Soils Could Help Explain a Lot about the RedPlanet. Soil Horizons.54(2) doi:10.2136/sh2013-54-2-f
作者: Caroline Schneider(美國(guó)威斯康星州麥迪遜市土壤科學(xué)學(xué)會(huì)科學(xué)作家)
當(dāng)大多數(shù)人向同事發(fā)送信件時(shí)，電子郵件會(huì)發(fā)送到附近的辦公室。當(dāng)美國(guó)土壤科學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員道格·明（Doug Ming）和他的同事布拉德·薩特（Brad Sutter）向同事發(fā)送信件時(shí)，一條消息傳到了鄰近的星球。他們的同事是”好奇號(hào)”漫游者，他們的書(shū)信必須走數(shù)百萬(wàn)英里才能到達(dá)。
美國(guó)宇航局NASA的行星科學(xué)家Ming和Sutter是執(zhí)行火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的團(tuán)隊(duì)的成員。這次任務(wù)及其”好奇號(hào)”火星車(chē)是探索火星的長(zhǎng)期努力的一部分。兩位科學(xué)家都有土壤科學(xué)背景，他們的知識(shí)非常適合該項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在研究火星土壤的生命跡象。
2012年8月6日，”好奇號(hào)”降落在火星上。主要任務(wù)計(jì)劃持續(xù)一個(gè)火星年，火星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一圈所需的時(shí)間，相當(dāng)于大約687個(gè)地球日。然而，像其他漫游者一樣，”好奇號(hào)”的服役范圍可能遠(yuǎn)不止于此。
“機(jī)遇”號(hào)火星車(chē)自2004年1月底以來(lái)一直在地面運(yùn)行，因此已經(jīng)運(yùn)行了9年多，” Ming解釋道，”我預(yù)計(jì)’好奇號(hào)’將在火星表面做一段時(shí)間的分析。
Sutter與美國(guó)航空航天局（NASA）的合作始于他做研究生的時(shí)候，當(dāng)時(shí)他與Ming合作從事高級(jí)生命支持（ALS）計(jì)劃。 ALS計(jì)劃開(kāi)發(fā)的技術(shù)將使人類(lèi)太空旅行更加自給自足，并使機(jī)組人員能夠長(zhǎng)期執(zhí)行任務(wù)。但是，當(dāng)大幅削減ALS計(jì)劃的資金時(shí)，Sutter開(kāi)始研究火星的土壤。
“我參與了在火星溫度和壓力下評(píng)估二氧化硅表面的水的工作，”Sutter說(shuō)。“我還考察了智利北部極度干旱的阿塔卡馬沙漠土壤。這些土壤是火星在極度干旱條件下土壤如何形成的模型。”
Ming是美國(guó)宇航局的博士后研究員，首先研究了月球物質(zhì)。從那以后，他參加了幾次火星飛行任務(wù)。他曾在火星探測(cè)車(chē)(Mars Exploration Rovers)、”精神號(hào)”和”機(jī)遇號(hào)”的科學(xué)團(tuán)隊(duì)工作，然后加入了火星”鳳凰號(hào)”偵察員(Mars Phoenix Scout)任務(wù)，該任務(wù)于2007年啟動(dòng)。
“我認(rèn)為”鳳凰號(hào)”的任務(wù)是在另一個(gè)行星表面上的第一個(gè)真正的土壤科學(xué)任務(wù)，” Ming說(shuō)。“那確實(shí)是一種土壤科學(xué)的樂(lè)趣。”
研究火星的土壤將是”好奇號(hào)”探測(cè)器任務(wù)的重要組成部分?？茖W(xué)家希望收集到的數(shù)據(jù)將有助于回答當(dāng)今行星土壤科學(xué)中一些最有趣的問(wèn)題，包括生命是否可能存在于其他行星上。資料來(lái)源：美國(guó)宇航局/JPL-加州理工學(xué)院。
兩位研究人員對(duì)土壤科學(xué)的熱愛(ài)都將從”好奇號(hào)”漫游者這得到滿足。”鳳凰號(hào)”火星車(chē)分析了火星兩極附近北極地區(qū)的土壤和冰層，而”好奇號(hào)”火星車(chē)降落在火星赤道附近的蓋爾火山口。”好奇號(hào)”將探索比任何其他漫游者更大的區(qū)域。
上圖：蓋爾火山口的”好奇號(hào)”著陸點(diǎn)。這是Mars Odyssey MOLA熱輻射成像系統(tǒng)看到的蓋爾隕石坑的南向視圖。照片由NASA提供。下圖：研究人員將”火星樣品分析”（SAM）儀器安裝到”好奇號(hào)”火星探測(cè)器中。圖片由NASA / JPL-Caltech提供。
當(dāng) Sutter 處理從 SAM 發(fā)回的數(shù)據(jù)時(shí)，Ming 正忙于規(guī)劃漫游者的活動(dòng)，以收集這些數(shù)據(jù)。他與科學(xué)家和工程師合作，確保每個(gè)人都是規(guī)劃過(guò)程的一部分，并且在同一頁(yè)面上，包括”好奇號(hào)”。
Ming解釋說(shuō)：”我們必須確保將計(jì)劃發(fā)送給火星，以便計(jì)劃在第二天開(kāi)始活動(dòng)時(shí)就在那里。”
火星車(chē)能夠進(jìn)行的活動(dòng)，使得人們對(duì)它將在火星上收集的知識(shí)寄予厚望。火星車(chē)已經(jīng)適應(yīng)了迄今用于火星任務(wù)的最先進(jìn)的技術(shù)。”好奇號(hào)”長(zhǎng)約10英尺，重量是火星探測(cè)車(chē)的五倍，可以翻滾到2英尺高的障礙物上。
用于收集和分析土壤和巖石樣品的設(shè)備也比早期的探測(cè)車(chē)更先進(jìn)。除了SAM，”好奇號(hào)”還擁有其他幾種可用于表征火星的技術(shù)?；鹦擒?chē)上有幾臺(tái)照相機(jī)，一臺(tái)發(fā)射激光并分析蒸發(fā)礦物元素成分的儀器，一個(gè)監(jiān)測(cè)溫度、風(fēng)和其他環(huán)境條件的臺(tái)站，以及一個(gè)輻射探測(cè)器，它將確定這顆行星是否適合人類(lèi)進(jìn)一步探索。”好奇號(hào)”還有一種叫做化學(xué)和礦物學(xué)（CHEMIN）儀器的儀器，它首次在火星表面提供土壤礦物的完整表征。
一旦”好奇號(hào)”通過(guò)其收集器收集了數(shù)據(jù)，就將這些信息發(fā)送給地球上的Sutter和Ming等科學(xué)家。 NASA深空網(wǎng)絡(luò)是一組天線，為地球和火星提供了必要的聯(lián)系。該網(wǎng)絡(luò)由在全球范圍內(nèi)具有戰(zhàn)略意義的三個(gè)設(shè)施（加利福尼亞，西班牙和澳大利亞）組成，即使在地球自轉(zhuǎn)的情況下，也可以進(jìn)行持續(xù)觀察。
上圖：道格·明在任務(wù)控制室看火星圖像。下圖：2012 年 10 月，美國(guó)宇航局”好奇號(hào)”火星探測(cè)器上 1.6 英寸寬的鏟子拍攝的溝槽。下圖顯示了有關(guān)”巖石”風(fēng)沙特性的一些詳細(xì)信息。照片由美國(guó)宇航局/JPL-Caltech/MSSS提供。
除了直接向地球傳輸外，火星車(chē)還與軌道飛行器通信。軌道飛行器有更大的天線，每天”看到”地球的時(shí)間更長(zhǎng)，從而可以發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。這意味著數(shù)據(jù)通過(guò)軌道器傳輸?shù)降厍虻乃俣纫戎苯觽鬏數(shù)降厍虻乃俣瓤臁＼壍里w行器在火星車(chē)附近每天飛行約8分鐘，在這段時(shí)間內(nèi)，可向軌道飛行器發(fā)送多達(dá)250兆位的數(shù)據(jù)。同樣數(shù)量的數(shù)據(jù)需要長(zhǎng)達(dá)20小時(shí)才能直接傳送到地球。
科學(xué)家們希望，”好奇號(hào)”的技術(shù)進(jìn)步將有助于回答當(dāng)今行星土壤科學(xué)中一些最有趣的問(wèn)題。對(duì)于Sutter和Ming來(lái)說(shuō)，這些問(wèn)題都集中在一個(gè)未知的中心。
“好奇號(hào)”提出的一個(gè)大問(wèn)題是，地球以外的東西能否維持生命？” Ming假設(shè)。“那里有沒(méi)有生命可能存在的地方，或許當(dāng)今已經(jīng)存在？”
Sutter還希望發(fā)現(xiàn)生物生命的證據(jù)，了解火星的土壤是朝著這一發(fā)現(xiàn)邁出的重要一步。真正的土壤經(jīng)過(guò)了生物有機(jī)體的修飾和補(bǔ)充，由礦物質(zhì)、空氣、水分和有機(jī)物質(zhì)組成。火星的土壤可能不是真正的土壤，而是嚴(yán)格地由風(fēng)蝕或沒(méi)有生物或化學(xué)活性的過(guò)程形成的。Sutter希望他們從”好奇號(hào)”獲得的數(shù)據(jù)能為火星土壤形成提供線索。
Sutter解釋說(shuō)：”火星上土壤形成的證據(jù)可能提供過(guò)去氣候以及條件是否適合生物學(xué)的更好指標(biāo)。” “此外，火星土壤被發(fā)現(xiàn)是酸性和堿性的。這些特征會(huì)影響古代微生物能否在那里生活。”
對(duì)地球以外生命的探索將推動(dòng)行星研究的未來(lái)。開(kāi)普勒計(jì)劃是NASA的另一個(gè)倡議，它正在尋找與其他恒星軌道相同的行星，這些行星與地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的距離相同。這些”宜居區(qū)域”可能包含大小與地球相似的行星，并將提供可以維持生命的條件。
其他任務(wù)也將更深入地研究火星上的生命問(wèn)題。美國(guó)宇航局計(jì)劃在2020年發(fā)射一顆類(lèi)似”好奇號(hào)”的漫游者，而在2018年，歐洲航天局將向這顆紅色星球發(fā)射一個(gè)探測(cè)器。這款名為ExoMars的火星車(chē)將配備一種鉆頭，該鉆頭可以在行星表面幾種土壤類(lèi)型上挖六英尺半深。
“ ExoMars的目標(biāo)是評(píng)估土壤化學(xué)和礦物學(xué)隨深度的變化，”Sutter說(shuō)。“也許在更深的地方可以更好地保存有機(jī)物。”
此外，來(lái)自”好奇號(hào)”的數(shù)據(jù)將持續(xù)輸入，評(píng)估這些數(shù)據(jù)將是一個(gè)重要的項(xiàng)目。Sutter說(shuō)，如果任務(wù)今天結(jié)束，要完全理解已經(jīng)收集的數(shù)據(jù)，還需要進(jìn)行多年的解釋和實(shí)驗(yàn)室工作。
雖然其他星球上的生命概念令人興奮，而”好奇號(hào)”是一項(xiàng)技術(shù)成就，但進(jìn)一步的行星研究仍面臨一些障礙。目前，許多科學(xué)家面臨的最大問(wèn)題之一是缺乏資金，美國(guó)宇航局的科學(xué)家也面臨著同樣緊縮的預(yù)算。
Sutter最主要的擔(dān)憂之一是缺乏訓(xùn)練有素的土壤科學(xué)家，他們實(shí)際上從事行星科學(xué)研究。他說(shuō)，反過(guò)來(lái)，這個(gè)團(tuán)體由地質(zhì)學(xué)家主導(dǎo)，這對(duì)于土壤科學(xué)家來(lái)說(shuō)，要獲得有限的資金并在業(yè)內(nèi)發(fā)表自己的聲音將是一個(gè)挑戰(zhàn)。
Sutter說(shuō)：”土壤科學(xué)不會(huì)止步于火星——還有其他地方，比如月球和小行星，它們的表層材料沒(méi)有固結(jié)，雖然這些在傳統(tǒng)意義上可能不被視為土壤，但土壤科學(xué)在研究這些材料方面仍然可以提供很多幫助。” Sutter還指出，隕石中的粘土礦物可能對(duì)那些研究土壤中粘土礦物形成的人感興趣。
盡管行星土壤科學(xué)家可能面臨障礙，但兩位研究人員都發(fā)現(xiàn)，他們所做的工作都獲得了豐厚的回報(bào)。Ming發(fā)現(xiàn)他工作最有趣的部分之一是意想不到的。
“每天我上班，我可以期待意想不到的的事情。每當(dāng)我們獲得一個(gè)數(shù)據(jù)集時(shí)，我就會(huì)想：”這到底是怎么一回事？”數(shù)據(jù)往往完全出乎意料-這是我們?cè)緵](méi)有計(jì)劃到的，在這里，火星向我們拋出了這一結(jié)果。總是有新的東西。”
盡管至今尚未公布”好奇號(hào)”研究結(jié)果的細(xì)節(jié)，但美國(guó)宇航局在12月舉行了一次新聞發(fā)布會(huì)，解釋初步結(jié)果。該機(jī)構(gòu)表示，火星車(chē)工作正常，已經(jīng)檢測(cè)到水、硫和含碳的氯化甲烷氣體。但是，科學(xué)家提醒說(shuō)，含碳?xì)怏w可能不是來(lái)自火星的土壤，它可能是分析產(chǎn)生的，也可能是從地球上攜帶的。。美國(guó)宇航局的科學(xué)家敦促人們耐心等待，因?yàn)楦嗟臄?shù)據(jù)被收集和分析。
除了”好奇號(hào)”將繼續(xù)發(fā)現(xiàn)的令人興奮的發(fā)現(xiàn)之外，Ming說(shuō)他在該項(xiàng)目上的工作還有另一個(gè)好處：”很少有人可以說(shuō)他們?nèi)セ鹦枪ぷ?。而且，沒(méi)有什么比我每天都在火星上工作更重要的了。”
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