阿波羅計劃的的主要任務是從月球上帶回數(shù)百公斤的巖石樣品，這些50年前由阿波羅11號宇航員帶回的樣品足夠地質(zhì)學家們研究上一輩子，并且還有不斷的新發(fā)現(xiàn)。但在備受矚目的火星上卻一直帶回沒任何樣品。最近幾十年來，美國宇航局和歐洲航天局計劃在未來幾年內(nèi)從火星上帶回一塊大巖石供科學家們進行研究。
探索太空需要分階段進行，首先得派航天器去收集原始的圖像和數(shù)據(jù)。例如，“旅行者”號穿越太陽系，或“新視野”號探索冥王星。接下來要在軌道上留下一個探測器用以詳細研究地表狀態(tài)。如卡西尼號宇宙飛船繞土星運行了294次并拍攝了超過45萬張照片，這些徹底改變了我們對土星的認知。
勇氣號，機遇號以及好奇號共同在火星上獲取了成千上萬張照片，開鑿了巖石并發(fā)現(xiàn)了之前有水的存在。在1970年，蘇聯(lián)月球計劃第一次帶回了月球樣品，“月球16號”帶回了101克土壤，之后是“月球20號”和“月球24號”。但他們的采樣點和阿波羅計劃不同。第二個采集到樣本的是美國宇航局為了收集太陽風的“創(chuàng)世”號，它于2001年發(fā)射，在2004年采集成功返回地球時卻因降落傘未能正確打開，在猶他州的沙漠中墜毀了。盡管著陸失敗，科學家還是找到了有用的樣品，并發(fā)現(xiàn)地球可能是由與太陽成分不同的太陽星云所形成的。
接下來是美國宇航局的“星塵”計劃，在2004年“狂野2號”穿越過彗星的尾部，于兩年后返回地球。通過對收集到的粒子進行分析后發(fā)現(xiàn)彗星的形成方式與科學家預測的有所不同。
最后一個帶回樣品的是日本宇宙航空研究機構(gòu)研發(fā)的Hayabusa。即使在任務執(zhí)行中它遭到了太陽耀斑的襲擊，丟失了返回輪，跳躍著陸器也無法使用，但依舊帶回了幾顆珍貴的小行星樣品。目前，Hayabusa 2號和OSIRIS-REx號也在執(zhí)行任務。他們還將計劃從火星的衛(wèi)星上帶回樣品。
我們能從火星的采樣中發(fā)現(xiàn)些什么？
事實上，我們對火星的地質(zhì)和大氣結(jié)構(gòu)已有了一定的了解。數(shù)萬年前火星被一顆巨大的行星撞擊后，形成的碎片穿越過地球的大氣層并最終降落在地球上。科學家得到了一個隨機的火星碎片，但現(xiàn)在他們想要通過采樣計劃獲取特定的樣品。20世紀70年代初，美國宇航局就早在“維京號”宇宙飛船發(fā)射前計劃從火星上尋找生命的痕跡并帶回采樣。將這些嶄新的樣品帶回地球后，科學家可以對其進行各種試驗，看看它們是否存在活性菌或有任何生命跡象，但目前尚無定論。此外，科學家們還可以從火星湖泊沉積物、熱液噴口周圍的沉積物和古代河流的三角洲中取回樣品，用以了解火星表面的歷史以及數(shù)百萬年來水對地貌產(chǎn)生的影響。另外，還可以從近期和古代的隕石撞擊坑，火山爆發(fā)地和長期暴露在風中的地區(qū)進行樣本采集以了解數(shù)十億年的火星歷史，從何時開始行星變得寒冷而干燥，小行星轟炸何時結(jié)束等問題，甚至可以對火星上的隕石碎片進行采樣。
有劇毒或有生命，把火星土壤帶回地球可不是鬧著玩，后果不可預知。我們已經(jīng)知道火星土壤中含有有毒的化學物質(zhì)，如果它們是從大氣層中沉淀下來的是否會對宇航員存在危險？地表下的物質(zhì)又是什么樣的呢？這些最好能夠在人類第一次踏上火星之前就收集到樣本，但也必須經(jīng)過嚴格隔離，避免其他天體上不友好的物質(zhì)或者有機物進入地球環(huán)境，這就像一個外來物質(zhì)，可能引發(fā)嚴重的后果。
火星采樣計劃
“火星樣品采集調(diào)查”是最早的采集任務之一，相對花費較少。它穿過火星的大氣層在低至40千米的高度進行塵埃和氣體的收集。科學家將采集回來的大氣樣本和火星巖石中發(fā)現(xiàn)的氣體進行匹配以確定它們都來自火星。之后還將進一步對火星塵埃進行研究，因為它會形成行星風暴，對探測器和宇航員都會造成威脅。
這項提議是在2001提出的，計劃在2007執(zhí)行并在三年后返回，但它從未真正執(zhí)行過。直到2009年，美國宇航局和歐洲航天局宣布共同合作，旨在將一塊火星樣品帶回地球。首先，他們都需要研發(fā)一個漫游器。美國航天局的“火星2020號探測器”將一邊運行一邊收集有趣的樣品，歐空局的“富蘭克林”探測器會將樣品存儲在利于取用的筆狀容器中。
首先，歐洲航天局將研發(fā)一個快速取樣探測器。之后，由美國航天局研發(fā)的升空飛行器將樣品送入火星軌道，最后，歐洲航天局的軌道任務將樣品返回地球。歐洲航天局的采樣器將不超過120公斤，以每天200米的速度行駛20-30公里，并繞開危險地帶。之后在“富蘭克林”留下的樣品中選擇最重要的30個帶回地球。
幾個月后，采樣器將降落在類似于“好奇者號”和“火星2020漫游者”的回收著陸器上。它是采用熱殼降落在火星上的，并在表面停留150天等待取貨。之后由升空飛行器將其送入350公里的高空軌道。歐洲航天局的地球返回軌道攔截器會將其攔截，再用太陽能離子發(fā)動機送回地球。
到2030年左右，科學家將會從火星表面得到大約500克的樣品。2019年初，白宮已將該項目納入預算，這是第一次正式撥款，預計最快將于2026年啟動。經(jīng)過了50年的漫長計劃，火星采樣項目終于正式拉開序幕。
