火星样本返回地球——下一步计划是？

火星样本返回任务计划将这颗红色星球的样本带回地球上最好的实验室进行检测。但关于这项巨大任务，设计师和科学家们计划好的唯一一部分是：在火星上选择和储存样本的阶段，以便后续将样本带回地球。

美国国家航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）计划从火星表面带回样本，目前正在计划的一系列任务将为人类的技术成就奠定新的标准。

该火星样本返回计划中，预计包括四次发射任务（三次从地球发射，一次从火星发射），两艘火星漫游者和一次在火星轨道上距离地面控制超过5000万公里处的自主交会对接 。

耶泽洛陨石坑（Jezero crater）的周边环境 – 3D图片
来源：ESA

火星样本返回任务的目标是从耶泽洛陨石坑采集火星物质并带回地球。耶泽洛陨石坑里曾经有一个湖泊，里面有保存完好的远古河流三角洲。该区域的岩石保存着关于火星漫长而多样的地质历史时期的信息。

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采集火星样本将使人类极大程度地增加我们对邻近行星的知识，包括它的地质和气候历史。

随着欧洲和美国的工程师们准备迎接这一挑战，科学家们迫不及待地想收到来自火星的首批样本，且已开始调查并做好准备工作。一旦样本返回地球，他们将按照计划分析这些珍贵的岩石、尘土和气体样本。
样品污染和污染控制

火星样本容器
来源：ESA

一个重要的问题是，如何在分析这些样本的同时，既能够保护它们不受地球化学特征的污染，又可以将它们保存在一个安全的封闭环境中。

抵达地球之后，这些火星样本将被检疫隔离，就像阿波罗登月计划和前苏联“月球”（Luna）计划中返回地球的月球岩石一样。国际行星保护指南正在针对准备火星样本相关内容进行修订，并准备通过对指南进行更新升级，纳入更多的现代技术。

检疫隔离将在样本存储容器内进行，容器里的样本甚至在被取出来之前就已经为科学家提供了大量宝贵的信息。科学家们可以对任何可能覆盖在样品管外部的火星尘埃进行检测分析，甚至可以在未打开的样品管上进行x射线等非侵入性检查。

样品管被打开后，一组已经预先设定好的初始测量将生成详细的信息目录，针对样品的特定部分安排相应的科学调查手段。

样品管上蕴含的信息

火星上空的“地球返回轨道器”（Earth Return Orbiter）
来源：ESA

ESA科学支持办公室的MSR研究科学家，艾略特•塞夫顿•纳什（Elliot Sefton-Nash）表示，“样品管内含有火星岩石，尘埃和气体。即使按照计划在一个封闭的惰性环境中打开样品管，对于做几项检测而言，时间都十分紧张。举例来说，样品管里密封的气体样品可能开始与周围环境混合，这样一来我们需要测量的火星特征就发生了变化。

如何选择科学家们想要进行的大量测试的先后顺序不亚于星际难题。这些样本最终需要根据行星保护协议进行消毒，消毒过程中可能需要经历加热、辐射或化学过程。但消毒过程本身也可能会改变样本的一部分原始状态，这意味着在消毒之前就需要在样品管内进行一些“消毒敏感”调查。

令人欣慰的好消息是，火星样本返回科学计划小组最近发表的一份报告称，大约四分之三的样品测试可以在消毒灭菌后进行。

地球返回轨道器和火星样本容器
来源：ESA

消毒灭菌之后的测试顺序很非常重要，因为一些测试会影响其他测试的结果。有些测试必须通过破坏样品材料才能得到结果，而且并不是所有的测试都能适用于所有样本。实验室本身可能就是一个决定性因素，比如对碳的精确测量需要严格控制在实验室中碳的使用，因此可能需要一个全金属实验室才能得到有效结果。但另一方面，金属实验室可能会污染用于其他测量的样品，因此需要仔细权衡。如何确保在世界上最好的实验室里，以什么样的顺序，对样本进行最好的科学研究，则是另一个难题。

ESA Space19+理事会欧洲空间部长会议后，ESA在参与火星样本返回任务的未来计划和职责范围将被确定。各参与机构（目前包括NASA和ESA）将与科技社区共同协作，继续解决如何最大限度地对从火星采回的样品进行探索的挑战。

ESA火星样本返回任务协调员桑杰•维詹德兰(Sanjay Vijendran)总结道，“火星样本返回将是火星科学和太阳系探索的巨大进步。这些样本将从根本上促进我们对火星、太阳系历史的了解，并将帮助我们更好地规划未来的探索任务。”

欧洲航天局（ESA）已经展示了从轨道上研究火星的专业技术知识，现在正在寻求安全着陆，在火星表面漫游，并在地下钻探以寻找生命迹象。ESA的轨道飞行器已经就位，为火星表面探测任务提供数据中继服务。下一个合乎逻辑的步骤是将样本带回地球，为全球科学家提供进进一步了解火星的途径，并为未来人类探索这颗红色星球做好更充足的准备。本周，我们将重点介绍ESA对火星探索的贡献，因为ESA即将启动ExoMars第二阶段任务，并期待完成火星样品返回任务。请通过# explorefurther标签加入在线对话。

参考：
http://m.esa.int/Our_Activities/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/Mars_on_Earth_what_next