长久以来的火星卫星之谜——以及可能解开它的任务

黄俊琼

长久以来的火星卫星之谜——以及可能解开它的任务。信用:美国国家航空航天局

（）据对话（本·莱德·斯托克斯）：火星的两个小卫星，火卫一(直径约22公里)和戴莫斯(直径约13公里)，几十年来一直困扰着科学家，它们的起源仍然是一个争论的问题。一些人提出，它们可能是由一颗行星或大型小行星撞击火星表面产生的残余碎片组成的(#TeamImpact)。

然而，一个相反的假设(#TeamCapture)认为，这些卫星是被火星的引力捕获并被困在轨道上的小行星。

为了解开这个谜，我们需要月球表面的材料在地球上进行分析。幸运的是，日本宇宙航空研究开发机构(Jaxa)将于2024年9月向火卫一和戴莫斯发射一项名为“火星月球探测”(MMX)的任务。这项任务将由一种新设计的火箭H-3运载，这种火箭仍在开发中。

该航天器预计将于2025年到达火星轨道，之后它将绕火卫一运行，并最终从其表面收集材料，然后于2029年返回地球。

这将使它成为最近一系列将物质从太空带回地球的任务中的下一个，继日本宇宙航空研究开发机构对小行星Ryugu (Hayabusa2)的成功任务，美国宇航局对小行星贝努鸟的Osiris-Rex任务和中国航天局的嫦娥5号登月任务之后。

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如果撞击源确实存在，我们可以期待在火卫一上找到与在火星上发现的相似的物质。虽然我们还没有任何直接从火星返回的物质，但我们足够幸运地拥有从其表面喷射出来的岩石，这些岩石最终找到了通往地球的道路。

因此，这些陨石可能与从火卫一返回的物质相似，这提供了一个奇妙的对比。

然而，在捕获小行星起源的情况下，我们更有可能在火卫一上找到在太阳系其他小行星上发现的物质。#TeamCapture小组中流行的假设是，卫星是由与陨石相同的岩石组成的，称为碳质球粒陨石。值得庆幸的是，我们有大量这样的陨石和样本，可以与火卫一的材料进行比较。

比较陨石和从火卫一带回来的物质将是帮助我们理解这两个卫星起源的一个极好的工具。一旦我们在实验室里有了材料，就可以对样品应用严格的分析技术。

一种这样的技术是氧同位素分析。同位素是一些元素的变体，这些元素的原子核中或多或少有一些被称为中子的粒子。例如，氧有三种稳定同位素，原子量分别为16、17和18。

氧-17/氧-16和氧-18/氧-16的同位素比率之和被表示为17O，并且是特定母体物体的特征。根据太阳系中岩石体形成的位置，不同的氧成分被获得并保留在岩石中。例如，来自地球的岩石具有0左右的δ17O，而来自火星的陨石具有~0.3左右的δ17O。因此，来自地球的岩石和火星陨石可以很容易地彼此分开。

如果火卫一形成于太阳系中与火星相同或至少相似的位置，我们预计MMX号带回的物质成分也有大约0.3的17O。

如前所述，#TeamCapture暗示了火卫一类似碳质球粒陨石的起源。科学家研究的所有已知碳质球粒陨石都显示负同位素17O，范围从-0.5一直到-4。因此，氧气可以成为破译火星卫星起源的一个极其有力的工具，一旦物质返回地球，氧气应该是这项任务的重中之重。

如果火卫一确实代表了火星的古老碎片，它可能包含了最原始的火星物质。火星经历了一系列改变其表面岩石的过程，包括风蚀和水的改变。根据海盗号等轨道飞行器观测到的干涸河床等特征，很明显火星上曾经存在过水。

这些水可能来自小行星和彗星的混合，以及火山活动。火星还保留了厚厚的大气层，这使得水在行星表面以液体形式存在。

另一方面，火卫一仍然是一个没有空气的天体，没有发生水污染等过程(尽管可能发生了轻微的撞击事件)。这意味着从火卫一返回的样本可以为火星原始水含量提供极其重要的见解，并为早期太阳系中发生的过程提供一个窗口。

MMX是太空探索中最激动人心的计划任务之一。在不到一年的时间里，我们已经为成功的发射、样品采集和样品返回而祈祷。包括我在内的许多科学家绝对希望有一天能够研究这些样本。