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NASA在火山区演练探索火星:为登火星做准备

2016-12-16 10:12:52来源:xinqigu.com作者:新奇谷
导读: 从地球人的角度来看,火星上的景观给人一种超现实的感受。地面扭曲成绳状的线圈、涟漪状的波纹以及锯齿状的尖刺,含硫气体从地面上的孔洞中滚滚涌出。在微弱的阳光照射下,透过起伏的迷雾,可以看到火山玻璃闪烁的碎片。


     2名宇航员正在这种崎岖的地形中艰难行进,他们的背上和手上都带着沉重的科学仪器,正在寻找特殊的岩石,这些岩石或许能够告诉我们火星上是否存在生命。在几公里外的临时任务控制室,达琳·利姆(Darlene Lim)正在查看现场视频。这位美国宇航局(NASA)的地质生物学家已经策划了这次任务好几个月。


     利姆边听着现场探险宇航员与他们“大本营”中同事之间喋喋不休的对话,边看着他们将“星际迷航式”手持式光谱仪对着岩石进行扫描。有关岩石成分的数据源源不断地出现在利姆的电脑屏幕上。利姆屏住呼吸称:“这是超级可怕的!”猛然记起记者还在听着电话,她自嘲地笑着说“的确如此”。

     这个场景当然不是真正的火星,对其进行探索的也不是真正的宇航员。但是对夏威夷群岛大岛上的Mauna Ulu火山进行探测,可能是美国宇航局前往火星执行探险任务前的地球预演。尽管美国宇航局已经花费数十亿美元资金和无数精力尝试将人类送入太空。但他们往往事后才会得到教训,利姆希望改变这种情况。

     利姆说:“你希望将人类送到远离地球的太空中,并确保人类能在那里活下来。尽管已经做了很多实验,但科学与想象依然存在差距。当我们前往火星这样的地方时,尽管我们已经发射探测器对其进行了相当多的了解,但我们依然需要依据科学设计这些任务。”

     除了太空服,Mauna Ulu火山稀薄少氧的空气,也是利姆能够找到的模仿火星环境的理想场所。这里的环境与火星地形非常相似,科学家们认为火星当前地貌已经形成数十亿年,当时火星大气层比现在更厚,火山活动也非常活跃。“宇航员”用于收集岩石样本的仪器是正为执行真正太空任务开发的工具,沉重的背包中装着曾被送上月球的光谱仪。宇航员在野外停留的时间有限,等同于宇航员在太空船外停留的平均时间——每天四小时。他们与“任务控制室”的通讯时间也会延迟5到15分钟,这是为模仿火星和地球之间信号传输延迟时间。


为登火星做准备:看NASA在火山区演练探索火星

     与美国宇航局进行的其他模拟任务不同,那些模拟通常在安全熟悉的地形测试装备或行动设计方案,而利姆及其团队正探索他们前所未见的地方。利姆等人正收集的岩石并非用于练习,而是用于研究。这些样本将被仔细分析,以便理解岩石类型与生活在其内部的微生物之间的关系。将来,科学家们希望他们的发现能帮助宇航员搜寻火星上过去存在的生命或现存生命。


     美国宇航局已经设定目标,计划在2030年左右将人类送上火星。尽管按照当前的进展,这个计划很难在预定期限内实现。当利姆团队前往夏威夷进行模拟实验6周前,美国太空探索技术公司SpaceX创始人伊隆·马斯克(Elon Musk)公布了他的殖民火星计划,包括强大的火箭和太空船。在美国宇航局位于加州的艾姆斯研究中心讨论这个计划时,工程师阿曼达·库克(Amanda Cook)大摇其头,认为其不太可能于近期实现。

     利姆等人的模拟实验名为BASALT,即Biologic Analog Science Associated with Lava Terrains的缩写,意为与熔岩地形相关的生物科学模拟。同时,BASALT也是某种火山岩石的名字。机器人、卫星以及太空望远镜已经产生开拓性、获得诺贝尔奖的科学,它们不需要食物、氧气或返回地球。如果美国宇航局将人类送上火星,它肯定需要获得与花费相当、值得冒险的发现。

     在阿波罗项目中,科学目标是次要的,将人类送上月球纯粹是技术挑战,大多数宇航员都有军队背景,而非来自研究领域。尽管宇航员同样获得地质方面的训练,但着陆点的选择是基于此前对月球表面的调查确定的,岩石样本的采集相当随意。随后在国际空间站上的研究取得的重要发现很少,这也是受低地轨道安全性所限,这里的每个细节都受到地球上主要研究人员的监控。


     而在火星上,宇航员面临的危险更为紧迫,来自地球的帮助需要依赖虚弱,有时候甚至会中断的通讯联系。这就是BASALT当前选择的试验场所,这里的大部分环境都是通过卫星图片了解的。利姆希望确保任务中存在未知因素。她解释称:“美国宇航局有许多自动化遗产。可以理解的是,该机构总是更喜欢最小化不可预知的潜在因素。而我们想要弄清楚影响人类探索的各种因素,包括未知因素。”

     抱着这个目标,利姆从各个领域招募专家,帮助她完成火星模拟任务。像库克这样的工程师正在制造科学仪器,它们可被放在宇航员背包中或拿在手上。计算机程序员则可开发通信软件,以便宇航员与控制中心联系。地质学家则可迅速给出分析,包括岩石类别以及优先采集哪些样本等。利姆的团队甚至包括一名人种学者,他的工作就是分析团队成员之间的互动,以找出他们合作的最佳方式。


     对于未来前往火星执行任务的宇航员来说,这些都是必要的准备。届时,他们需要在狭窄的、无法逃避的空间中共同度过数月时间。行星学家里克·艾尔菲克(Rick Elphic)在艾姆斯研究中心的会议上说,利姆的任务规划并不吸引人。但是如果你不去尝试,你就无法设计出科学有效的任务。

    1个半月后,艾尔菲克及其同事卡拉·比顿(Kara Beaton)来到夏威夷火山的山腰处,以确定所有的准备工作是否完成。科学家们的工作偶尔会中断,但这是好事。最好现在就能发现通讯工具的问题,或对计划进行重新制定。这是模拟任务的第八天,也是宇航员们在野外特定地点探险第二天。这些宇航员要求返回黑色和红色岩石区,因为他们此前1天没有足够时间完全探索这里。探索这些地方耗费的时间总是比预计更多,有时候任务控制中心的地质学家需要加入自己的判断。


     笼罩住整个火山的雾气开始消退,露出险恶的地形。BASALT团队的大多数成员手掌和膝盖都有岩石划伤,科学家们对隐藏的熔岩管需要保持警惕。脆弱的地壳很可能因为某人的重量而崩塌,导致他们掉入下面的熔岩中。比顿花了几分钟时间研究岩石构成,以确定其是否足够安全。在探险时间过去小半后,比顿与艾尔菲克需要开始采集样本。他们要反复测量岩石,以确定哪些是地质学家要求他们带回去的样本。

     他们还在寻找蚀变的例证,即火山岩的成分在水和天气影响下发生改变。他们收集的样本将被同事分析,比如加拿大麦克马斯特大学有机地球化学家艾莉森·布拉迪(Allyson Brady)。布拉迪负责寻找生物信号,即曾经生存在岩石中的生物留下的痕迹。在理想环境下,这些生物信号与卫星图片中看到的差不多,研究人员可通过火星轨道器的研究数据在火星表面上寻找类似地貌,为未来火星探险家确定兴趣点。

     布拉迪说:“坐在这里看着视频,看到别人外出现场,看到他们周围的环境,这是完全不同的。”对于布拉迪这样更喜欢亲身到野外考察、并花费数日时间寻找样本的研究人员来说,将决定权交到其他人手上非常不习惯。布拉迪承认:“我们非常希望申请批准,去看看夏威夷的玄武岩。你可以将探索和科学分开,但从科学角度来看,这绝对无法告诉你太多有关你的探索是否成功。在有人真正前往火星时,我希望确保他们能以科学的方式测试所有东西。”

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