好奇不？土壤学家参与火星土壤的研究

导  读

土壤是陆地生命的发源地和栖息地，火星有没有生命，解析火星土壤很重要，土壤科学家参与火星项目标志着土壤科学也走出地球了。

期待中国的探月工程、火星工程也能有土壤学家的参与。

编译/陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员、中国科协环境生态领域首席传播专家），叶泓纬( 广东旅道集团有限公司)

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(美国威斯康星州麦迪逊市土壤科学学会科学作家)

    当大多数人向同事发送信件时，电子邮件会发送到附近的办公室。当美国土壤科学学会会员道格·明（Doug Ming）和他的同事布拉德·萨特（Brad Sutter）向同事发送信件时，一条消息传到了邻近的星球。他们的同事是”好奇号”漫游者，他们的书信必须走数百万英里才能到达。

美国宇航局NASA的行星科学家Ming和Sutter是执行火星科学实验室任务的团队的成员。这次任务及其”好奇号”火星车是探索火星的长期努力的一部分。两位科学家都有土壤科学背景，他们的知识非常适合该项目，该项目旨在研究火星土壤的生命迹象。

2012年8月6日，”好奇号”降落在火星上。主要任务计划持续一个火星年，火星绕太阳转一圈所需的时间，相当于大约687个地球日。然而，像其他漫游者一样，”好奇号”的服役范围可能远不止于此。

 “机遇”号火星车自2004年1月底以来一直在地面运行，因此已经运行了9年多，” Ming解释道，”我预计’好奇号’将在火星表面做一段时间的分析。

Sutter与美国航空航天局（NASA）的合作始于他做研究生的时候，当时他与Ming合作从事高级生命支持（ALS）计划。 ALS计划开发的技术将使人类太空旅行更加自给自足，并使机组人员能够长期执行任务。但是，当大幅削减ALS计划的资金时，Sutter开始研究火星的土壤。

 “我参与了在火星温度和压力下评估二氧化硅表面的水的工作，”Sutter说。“我还考察了智利北部极度干旱的阿塔卡马沙漠土壤。这些土壤是火星在极度干旱条件下土壤如何形成的模型。”

Ming是美国宇航局的博士后研究员，首先研究了月球物质。从那以后，他参加了几次火星飞行任务。他曾在火星探测车(Mars Exploration Rovers)、”精神号”和”机遇号”的科学团队工作，然后加入了火星”凤凰号”侦察员(Mars Phoenix Scout)任务，该任务于2007年启动。

 “我认为”凤凰号”的任务是在另一个行星表面上的第一个真正的土壤科学任务，” Ming说。“那确实是一种土壤科学的乐趣。”

研究火星的土壤将是”好奇号”探测器任务的重要组成部分。科学家希望收集到的数据将有助于回答当今行星土壤科学中一些最有趣的问题，包括生命是否可能存在于其他行星上。资料来源：美国宇航局/JPL-加州理工学院。

两位研究人员对土壤科学的热爱都将从”好奇号”漫游者这得到满足。”凤凰号”火星车分析了火星两极附近北极地区的土壤和冰层，而”好奇号”火星车降落在火星赤道附近的盖尔火山口。”好奇号”将探索比任何其他漫游者更大的区域。

上图：盖尔火山口的”好奇号”着陆点。这是Mars Odyssey MOLA热辐射成像系统看到的盖尔陨石坑的南向视图。照片由NASA提供。下图：研究人员将”火星样品分析”（SAM）仪器安装到”好奇号”火星探测器中。图片由NASA / JPL-Caltech提供。

当 Sutter 处理从 SAM 发回的数据时，Ming 正忙于规划漫游者的活动，以收集这些数据。他与科学家和工程师合作，确保每个人都是规划过程的一部分，并且在同一页面上，包括”好奇号”。

Ming解释说：”我们必须确保将计划发送给火星，以便计划在第二天开始活动时就在那里。”

通过技术推进数据收集

火星车能够进行的活动，使得人们对它将在火星上收集的知识寄予厚望。火星车已经适应了迄今用于火星任务的最先进的技术。”好奇号”长约10英尺，重量是火星探测车的五倍，可以翻滚到2英尺高的障碍物上。

用于收集和分析土壤和岩石样品的设备也比早期的探测车更先进。除了SAM，”好奇号”还拥有其他几种可用于表征火星的技术。火星车上有几台照相机，一台发射激光并分析蒸发矿物元素成分的仪器，一个监测温度、风和其他环境条件的台站，以及一个辐射探测器，它将确定这颗行星是否适合人类进一步探索。”好奇号”还有一种叫做化学和矿物学（CHEMIN）仪器的仪器，它首次在火星表面提供土壤矿物的完整表征。

一旦”好奇号”通过其收集器收集了数据，就将这些信息发送给地球上的Sutter和Ming等科学家。 NASA深空网络是一组天线，为地球和火星提供了必要的联系。该网络由在全球范围内具有战略意义的三个设施（加利福尼亚，西班牙和澳大利亚）组成，即使在地球自转的情况下，也可以进行持续观察。

上图：道格·明在任务控制室看火星图像。下图：2012 年 10 月，美国宇航局”好奇号”火星探测器上 1.6 英寸宽的铲子拍摄的沟槽。下图显示了有关”岩石”风沙特性的一些详细信息。照片由美国宇航局/JPL-Caltech/MSSS提供。

除了直接向地球传输外，火星车还与轨道飞行器通信。轨道飞行器有更大的天线，每天”看到”地球的时间更长，从而可以发送更多的数据。这意味着数据通过轨道器传输到地球的速度要比直接传输到地球的速度快。轨道飞行器在火星车附近每天飞行约8分钟，在这段时间内，可向轨道飞行器发送多达250兆位的数据。同样数量的数据需要长达20小时才能直接传送到地球。

地球以外的生命证据？

科学家们希望，”好奇号”的技术进步将有助于回答当今行星土壤科学中一些最有趣的问题。对于Sutter和Ming来说，这些问题都集中在一个未知的中心。

 “好奇号”提出的一个大问题是，地球以外的东西能否维持生命？” Ming假设。“那里有没有生命可能存在的地方，或许当今已经存在？”

Sutter还希望发现生物生命的证据，了解火星的土壤是朝着这一发现迈出的重要一步。真正的土壤经过了生物有机体的修饰和补充，由矿物质、空气、水分和有机物质组成。火星的土壤可能不是真正的土壤，而是严格地由风蚀或没有生物或化学活性的过程形成的。Sutter希望他们从”好奇号”获得的数据能为火星土壤形成提供线索。

Sutter解释说：”火星上土壤形成的证据可能提供过去气候以及条件是否适合生物学的更好指标。” “此外，火星土壤被发现是酸性和碱性的。这些特征会影响古代微生物能否在那里生活。”

对地球以外生命的探索将推动行星研究的未来。开普勒计划是NASA的另一个倡议，它正在寻找与其他恒星轨道相同的行星，这些行星与地球绕太阳公转的距离相同。这些”宜居区域”可能包含大小与地球相似的行星，并将提供可以维持生命的条件。

其他任务也将更深入地研究火星上的生命问题。美国宇航局计划在2020年发射一颗类似”好奇号”的漫游者，而在2018年，欧洲航天局将向这颗红色星球发射一个探测器。这款名为ExoMars的火星车将配备一种钻头，该钻头可以在行星表面几种土壤类型上挖六英尺半深。

 “ ExoMars的目标是评估土壤化学和矿物学随深度的变化，”Sutter说。“也许在更深的地方可以更好地保存有机物。”

此外，来自”好奇号”的数据将持续输入，评估这些数据将是一个重要的项目。Sutter说，如果任务今天结束，要完全理解已经收集的数据，还需要进行多年的解释和实验室工作。

未来的行星研究面临障碍

虽然其他星球上的生命概念令人兴奋，而”好奇号”是一项技术成就，但进一步的行星研究仍面临一些障碍。目前，许多科学家面临的最大问题之一是缺乏资金，美国宇航局的科学家也面临着同样紧缩的预算。

Sutter最主要的担忧之一是缺乏训练有素的土壤科学家，他们实际上从事行星科学研究。他说，反过来，这个团体由地质学家主导，这对于土壤科学家来说，要获得有限的资金并在业内发表自己的声音将是一个挑战。

Sutter说：”土壤科学不会止步于火星——还有其他地方，比如月球和小行星，它们的表层材料没有固结，虽然这些在传统意义上可能不被视为土壤，但土壤科学在研究这些材料方面仍然可以提供很多帮助。” Sutter还指出，陨石中的粘土矿物可能对那些研究土壤中粘土矿物形成的人感兴趣。

尽管行星土壤科学家可能面临障碍，但两位研究人员都发现，他们所做的工作都获得了丰厚的回报。Ming发现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。每当我们获得一个数据集时，我就会想：”这到底是怎么一回事？”数据往往完全出乎意料-这是我们原本没有计划到的，在这里，火星向我们抛出了这一结果。总是有新的东西。”

尽管至今尚未公布”好奇号”研究结果的细节，但美国宇航局在12月举行了一次新闻发布会，解释初步结果。该机构表示，火星车工作正常，已经检测到水、硫和含碳的氯化甲烷气体。但是，科学家提醒说，含碳气体可能不是来自火星的土壤，它可能是分析产生的，也可能是从地球上携带的。。美国宇航局的科学家敦促人们耐心等待，因为更多的数据被收集和分析。

除了”好奇号”将继续发现的令人兴奋的发现之外，Ming说他在该项目上的工作还有另一个好处：”很少有人可以说他们去火星工作。而且，没有什么比我每天都在火星上工作更重要的了。”