想在火星“安家”，如何选址？| 奔·火
2018年11月，NASA终于确定将“耶泽罗”（Jezero）陨石坑作为“毅力号”（Perseverance）火星车的着陆点。“耶泽罗”陨石坑形成于火星的诺亚纪（约41-37亿年前），直径约为49 km，位于“大瑟提斯”（Syrtis Major）火山的东部，内有明显的三角洲和流水侵蚀痕迹，很可能是一个古老开放式湖泊干涸后的遗迹，在亿万年前火星生命或曾在此繁衍生息。
为了选出这块“风水宝地”，上百位科学家和工程技术人员，经过5年多的时间，召开了4次专门的选址工作会，利用“火星勘察轨道器”（MRO）上的“高分辨率相机”（HiRISE）、“成像光谱仪”（CRISM）和“背景摄像机”（CTX）的数据，以及“火星奥德赛”（Odessy）的“成像系统”（THEMIS）数据，“火星全球探测者”（MGS）的“火星轨道照相机”（MOC）和“火星轨道激光高度计”（MOLA）的数据, 从最初的上百个可能感兴趣的地点开始分析研究。随着工程研制和科学研究的深入，预选着陆点的工程约束和科学潜力都随之发生变化。
接下来，请跟大院er一起回顾4次选址工作会的选址过程，揭开毅力号选址的秘密。
No.1
第1次选址工作会于2014年5月在华盛顿举行，科学家们围绕科学目标制定了选址的科学准则，用以评估“毅力号”预选着陆点的科学价值，并规定了工程约束和安全准则。在此基础上，科学家和工程师们开展广泛的选择。
“毅力号”的科学目标是：
探索与天体生物学相关的火星古老环境，解译其地质过程与地质历史，包括评估以往的宜居性；
在巡视区的地质环境中评估生物标记物保存的可能性，并寻找可能潜在的生命线索；
对后续任务带回样品并用于研究具有重要科学意义和技术支持作用；
为后续载人探测和任务操控计划提供参与机会。
用于评估“毅力号”预选着陆点的科学准则见下表。
用于评估毅力号选址的工程约束和安全准则见下表。
火星车着陆的安全性主要取决于它降落时所经历的大气环境特征和地表形貌。“毅力号”的降落过程和“好奇号”类似，都包括制导进入、降落伞减速、“天空起重机”减速和降落到火星表面。一个由大气科学家组成的小组为工程任务着陆的安全性提供了建议，通过对火星大气的研究，该小组提供了火星大气密度、风以及沙尘暴发生的可能性的模型。
100多位科学家和工程技术人员进行了为期三天的讨论，在满足工程约束和安全准则条件下，评估哪些着陆点更容易实现“毅力号”的科学目标。通过投票，初步确定了34个预选着陆点。
注：上图是第一次选址工作会后确定的34个预选着陆点，分布在火星南北纬30°之间。图中黄色：（1）、（9）、（10）、（15）、（26）五个点，加上绿色（33）、（29）、（28）的三个点，共计八个点，表示2015年第二次选址研讨会后确定的八个着陆点；其中绿色三个点，表示第三次着陆选址工作会后确定的三个预选着陆点；白色阴影区：位于南北纬±30°以外；黑色表示海拔高于500米；这两种颜色代表不适合火星车安全着陆的区域。（图片来源：参考文献1）
第一次选址工作会后，MRO新提供了120多张HiRISE图像和大约35张CRISM火星的高分辨率图像，以便科学家们最大限度的对着陆点的科学性进行评估。
No.2
第2次选址工作会于2015年8月在加州阿卡迪亚举行，重点讨论了第1次工作会所提出的预选着陆点的科学价值，并新建立了5条选址科学准则，以此为标准，对其中21个候选点进行打分和排序。“盖尔环形山”和“子午线平原”等几个预选着陆点由于一些原因没有进一步分析。
第二次选址工作会制定的5条选址科学准则是：
准则1：着陆地点的地质背景和大气条件可以通过轨道器进行现场判断；
准则2：该着陆点提供了远古宜居环境的证据；
准则3：着陆点的岩石具有较高的生物特征分辨识别能力，可供火星车的科学载荷开展地外天体生物探测的能力；
准则4：着陆点能够提供足够丰富、多样性和高质量的样品，如果取样返回地球，可以适合解决关键的天体生物学问题；
准则5：着陆点能够提供足够丰富、多样性和高质量的样品，如果取样返回地球，可以适合解决行星演化的关键问题。
根据与科学准则的相关性及整体情况，与会者对21个候选点进行打分和排序。通过这次工作会，预选着陆点缩小到8个。
第二次选址工作会后确定额的8个位置的详细数据分析图（图片来源：参考文献1）
No.3
2017年2月在蒙罗维亚举行了第3次选址工作会，此次工作会的参加者包括科学家、“毅力号”工程团队成员、科学仪器设计和科学团队的成员。有200多人出席了这场为期三天的会议，每天还有50人参加远程会议。远程参与者没有参与候选着陆点的最终评估。
在研讨会开始时，工程团队总结了他们对第二次工作会选出的8个着陆点的工程可行性和安全性的深入研究结果：认为8个预选着陆点都拥有可接受的地形特性，可以安全着陆，没有重大问题。
由于科学价值仍然是着陆选址的首要驱动因素，第三次工作会的目标主要集中在讨论仍在考虑中的八个候选着陆点的科学价值。具体来说，研讨会的目标是根据新制定的五个科学标准，评估每个候选着陆点的优缺点和不确定性。与会者根据这五项科学标准进行打分投票(连同其他因素，如工程、操作、行星保护和科学发现样本返回的可能性)，进而选择三到四个着陆点进行进一步考虑。
在制定这五个标准时，由于个人经验、科学方向和对现有数据的不同解释而产生的不同意见，着陆地点的选择变得十分复杂。此外，“毅力号”可能是火星样本返回工作的第一步，决定在哪里着陆，对未来的行星探索和相关的科学发现有重要的影响。
第三次选址工作会制定的五条科学准则是：
准则1: 适宜远古时期生命存在的古环境，具有地质多样性，有可能产生重大的科学发现；
准则2: 可进行岩石和风化层样品的采集和贮存，如果未来返回地球，有可能产生重大的科学发现；
准则3: 通过评估、建模和仿真，确定能够实现科学目标；
准则4: 在任务执行的初期或主要任务阶段即可实现科学目标；
准则5: 具有水或水冰存在的可能性，可以为未来火星任务提供资源。
依据这5条准则，科学家们对8个候选点进行评估并打分。根据打分结果，在第三次工作会后有3个点进入终极竞赛：哥伦比亚山的古瑟夫（Columbia Hills, Gusev）陨石坑（14.5478S,175.6255E）、耶泽罗（Jezero）陨石坑（18.8°N，77.5°E）、东北部流沙带（NE Syrtis）（17.8899N，77.1599E）。
恭喜以上三位选手进入决赛！
“勇气号”火星车相机拍摄的“哥伦比亚山”局部为彩色图像（图片来源：NASA）
这是“勇气号”（Spirit）火星车上的相机拍摄的“哥伦比亚山”伪彩色图像，这里的岩石富含硫，以亮蓝色显示。“勇气号”使用自带的磨蚀工具，在岩石上磨出一个洞，这个洞被称为“和平”，以纪念马丁·路德·金博士。岩石的高含硫量被认为是过去这里曾经富含水的证据。
耶泽罗陨石坑三角洲（图片来源：NASA）
“耶泽罗”陨石坑内出露非常明显的层状沉积结构，富含铁/镁的粘土矿物和碳酸盐，说明该区域曾经存在稳定的中性水体环境。
东北部流沙带（图片来源：参考文献2）
“东北部流沙带”地区地形平坦，易于着陆，暴露超过40亿年的早诺亚纪岩石，包含一系列含水矿物，图中紫色是镁铁质火山岩，绿色是碳酸盐-橄榄石，白色是硫酸盐。
No.4
2018年10月，第四次选址工作会召开，根据最新的工程任务、科学目标以及最新获取的探测数据，对三个预选着陆点开展进一步评估，评估内容包括其科学潜力、着陆安全性、可移动性和获取样本的地面复杂性等。
除了深入分析研究三个预选着陆点的科学价值，还对可能拓展的任务区域进行了分析，科学家们分析了在东北Syrtis和Jezero陨石坑之间的一处区域，火星车可以从Jezero陨石坑行驶到这里，作为可能的拓展任务目的地，从而提高任务的科学回报。
经过科学家们的层层筛选，最终，耶泽罗胜出！
听完了美国火星车的选址故事，让我们一起期待我国的“天问一号”火星探测器能够为我们揭开更多红色星球的秘密。
参考文献：
[1] John A. Grant, Matthew P. Golombek, Sharon A. Wilson, Kenneth A. Farley,
Ken H. Williford, Al Chen,. 2018. The science process for selecting the landing site for the 2020 Mars rover. Planetary and Space Science 164 (2018) 106–126. https://doi.org/10.1016/j.pss.2018.07.001
[2] Bethany L. Ehlmann, John F. Mustard., An in-situ record of major environmental transitions on early Mars at Northeast Syrtis Major. GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 39, L11202, doi:10.1029/2012GL051594, 2012
作者单位：中国科学院月球与深空探测总体部、中国科学院国家空间科学中心
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