六月底的北京，蟬鳴不絕，暑氣逼人。一個星期五的午后，當(dāng)記者走進(jìn)中國科學(xué)院院士侯增謙位于中國地質(zhì)科學(xué)院的辦公室時，尼古丁的氣息撲面而來——這位天問三號首席科學(xué)家正埋首于案前，指間還燃著一支即將吸盡的香煙。
6月19日，侯增謙與合作者在《自然—天文學(xué)》期刊發(fā)文，首次系統(tǒng)闡述了中國天問三號火星探測任務(wù)的科學(xué)藍(lán)圖。這項計劃于2028年發(fā)射、2031年實現(xiàn)樣品返回的探測任務(wù)，有望創(chuàng)造人類首次從火星帶回樣本的歷史性突破。
“這是中國行星探測工程的關(guān)鍵一步。”侯增謙掐滅煙，向記者介紹道。目前，該任務(wù)攻關(guān)進(jìn)度如何？將采取哪些手段探尋生命目標(biāo)？應(yīng)對首個火星取樣中的潛在挑戰(zhàn)？同時擔(dān)任國家行星探測工程首席科學(xué)家的侯增謙就此回應(yīng)了《中國科學(xué)報》的專訪。
侯增謙。馮麗妃攝邁向“雙輪驅(qū)動”新紀(jì)元
《中國科學(xué)報》：天問三號任務(wù)將于2028年發(fā)射，此時在國際科學(xué)期刊上與世界見面有何深意？
侯增謙：這是中國行星探測工程的關(guān)鍵一步。過去，我國深空探測任務(wù)主要是工程驅(qū)動，就像“摟草打兔子”，首先實現(xiàn)探測能力和工程突破，然后再談解決科學(xué)問題。現(xiàn)在，天問三號正處于從過去的工程驅(qū)動，向工程和科學(xué)雙輪驅(qū)動的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型時期。
天問一號成功登陸火星已經(jīng)展現(xiàn)了我們的工程技術(shù)能力。下一步，我們的火星探測想解決什么科學(xué)問題？實現(xiàn)什么樣的科學(xué)目標(biāo)？又如何去實現(xiàn)？我們希望與國際社會分享這些議題，展示中國科學(xué)探索的能力。
《中國科學(xué)報》：請就天問三號任務(wù)做個介紹。
侯增謙：天問三號任務(wù)預(yù)計將于2028年前后發(fā)射，2031年前后實現(xiàn)不少于500克火星樣品返回。探測器發(fā)射后需要飛行七八個月到達(dá)火星，在火星工作約一年后返回地球，整個過程需要三年多時間。我們希望能在火星樣品取回任務(wù)上搶占先機，給中國科學(xué)家和國際社會提供一個前所未有的認(rèn)識火星的重大機遇。
《中國科學(xué)報》：天問三號的主要科學(xué)目標(biāo)是什么？
侯增謙：我們確立了三個主要科學(xué)目標(biāo)：一是尋找火星潛在的生命跡象，包括生命標(biāo)志物、化石、古菌等；二是研究火星的宜居性演化，如火星水、大氣、海洋的演變；三是了解火星地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其演化歷程，包括火殼、火幔和火核從表面構(gòu)造到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的演化歷史等等。
這三個主要科學(xué)目標(biāo)相互關(guān)聯(lián)，生命的起源需要宜居環(huán)境，生命繁衍與環(huán)境會協(xié)同演進(jìn)，宜居性演變和地質(zhì)構(gòu)造又密切相關(guān)。圍繞這三個目標(biāo)，還設(shè)有九個研究主題，涉及生命元素、環(huán)境、地質(zhì)等多個方面，以增進(jìn)對太陽系內(nèi)這顆類地行星的了解。
《中國科學(xué)報》：這些目標(biāo)將如何實現(xiàn)？
侯增謙：我們設(shè)計了覆蓋三大科學(xué)主題的“全鏈條探測策略”，特別是針對火星潛在生命遺跡，包括了四大關(guān)鍵研究模塊——采哪里、選哪些、怎么采、如何用。通過回答這些問題，以期解開火星是否曾存在生命的未解之謎。
天問三號任務(wù)剖面。“三管齊下”，構(gòu)建取樣“中國方案”
《中國科學(xué)報》：天問三號將如何取樣？與國際上同類任務(wù)相比有何特色？
侯增謙：工程總體初步設(shè)計了三種取樣方式：表土鏟取；深層鉆探；及無人機輔助抓取相結(jié)合的方式，確保樣品的多樣性與科學(xué)價值。天問三號不會攜帶火星車，我們將使用無人機在著陸點附近數(shù)百米進(jìn)行遠(yuǎn)距離采樣，同時最大限度地避免探測器著陸帶來的潛在污染。
同時，通過兩米深鉆取樣在國際上也將是首次。此前美國“毅力號”火星車在杰澤羅隕石坑開展沿途鉆孔采樣，取樣深度約5毫米，只能獲取淺表層樣品。“毅力號”僅負(fù)責(zé)觀測采樣，將樣品返回地球則需要未來后續(xù)任務(wù)的支撐。而中國天問三號將一次實現(xiàn)采樣與返回。
《中國科學(xué)報》：污染控制有何重要性？將如何解決相關(guān)挑戰(zhàn)？
侯增謙：行星保護(hù)是深空探測領(lǐng)域的一個重大問題，污染防控是必須著力解決的一個重要問題。無論是前向污染——即探測器對火星的污染，還是后向污染——即將火星樣品帶回地球時可能造成的污染，都是我們必須嚴(yán)格控制的。
中國作為第一個實施火星取樣返回的國家，將嚴(yán)格遵循空間研究委員會的行星保護(hù)政策（以下簡稱COSPAR政策），保護(hù)火星環(huán)境不受地球物質(zhì)的污染，防控火星潛在生命對地球生物圈的污染，避免樣品“假陽性”，力求樣品“高保真”，確保獲得真實可靠的科學(xué)成果。
天問三號任務(wù)將構(gòu)建從火星表面采集、密封、轉(zhuǎn)運直至返回地球后分析的全流程樣品原始性保真鏈條。同時，我們也將籌建一個具有高級防護(hù)能力的火星樣品實驗室，設(shè)置超潔凈區(qū)和生物安全區(qū)，對返回樣品進(jìn)行嚴(yán)格的消殺、解封、處理和生物風(fēng)險評估。
天問三號任務(wù)示意圖。《中國科學(xué)報》：任務(wù)將如何通過著陸區(qū)選址推動科學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)？
侯增謙：著陸區(qū)的選址至關(guān)重要，直接關(guān)系到科學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。我們已從最初80多個預(yù)選著陸區(qū)逐步縮減到目前的19個，到2026年底將最終確定3個作為工程發(fā)射的候選著陸區(qū)。
著陸區(qū)選址需要綜合考慮工程約束和科學(xué)因素。受工程約束，著陸區(qū)需要在北緯17度到30度之間選擇。從科學(xué)上來說，著陸區(qū)要選擇最有可能有生命繁衍和保存生命痕跡的地方。
《中國科學(xué)報》：任務(wù)科學(xué)團(tuán)隊如何推演一個理想的著陸區(qū)？
侯增謙：這如同在地球上找礦，我們首先要研究，形成一個大礦需要什么條件，發(fā)育在什么構(gòu)造環(huán)境，成礦物質(zhì)如何儲運與富集，成礦流體如何遷移與匯聚，金屬物質(zhì)如何儲集與沉淀。在此基礎(chǔ)上，建立成礦理論與成礦模型，然后，按照理論認(rèn)知，采用技術(shù)方法，進(jìn)行成礦預(yù)測，進(jìn)行“大海撈針”。
在火星上尋找適宜生命存在的著陸區(qū)，同樣首先需要研究生命誕生、繁衍與保存的條件，建立潛在生命描述模型和預(yù)測模型。火星生命是液態(tài)水、大氣、適宜溫度、磁場、內(nèi)部構(gòu)造等多圈層多要素耦合的結(jié)果，理想著陸點的應(yīng)滿足宜居性和適宜生命發(fā)展的內(nèi)在要求。
比如，我們首先需要確定火星40億~35億年前的沉積建造，因為按現(xiàn)在的認(rèn)知，這個時期的火星不僅有磁場，而且有大量的水活動，地質(zhì)記錄顯示存在溫暖濕潤氣候環(huán)境，持續(xù)時間為幾十萬到數(shù)百萬年，覆蓋潛在生命誕生和繁衍所需的時間。然后，我們“以水追源”，利用衛(wèi)星圖像和高光譜數(shù)據(jù)，查明火星表層曾經(jīng)發(fā)育的水系和水體，識別含水礦物和蝕變礦物，追蹤水活動或熱液活動的空間，并通過水/巖反應(yīng)的礦物記錄，分析生命起源條件和繁衍水體類型，進(jìn)一步確定潛在生命遺跡的保存載體。按照潛在生命預(yù)測模型，提取火星生命起源、繁衍與保存的各類標(biāo)志，通過綜合評價和系統(tǒng)對比，最終圈定潛在生命的高概率地區(qū)。
天問三號任務(wù)設(shè)計圖。全鏈條開放筑太空“絲路”
《中國科學(xué)報》：國際同行對這篇文章有何看法？
侯增謙：國際評審專家認(rèn)為，這篇前瞻性文章非常引人入勝，系統(tǒng)闡述了中國火星樣本返回任務(wù)的總體規(guī)劃和科學(xué)目標(biāo)，為國際科學(xué)界理解天問三號任務(wù)規(guī)劃提供了極具價值的全景視角。
《中國科學(xué)報》：天問三號在國際合作方面有哪些舉措？
侯增謙：中國在天問三號任務(wù)上采取全流程、全鏈條的開放合作態(tài)度。從科學(xué)目標(biāo)的凝練、載荷研究與搭載，再到返回樣品的聯(lián)合研究，我們都全面對外開放。我們希望通過行星探測工程，搭建全球科學(xué)家合作研究的平臺，共同推動全人類共同的科學(xué)探索事業(yè)。
比如，在科學(xué)目標(biāo)制定方面，我們曾在合肥舉辦國際會議，邀請國際專家參與論證。在載荷搭載方面，我們也對外發(fā)布國際公告，征集其他國家搭載載荷。樣品返回后，在確保安全的前提下，我們也會向國際科學(xué)家開放。
《中國科學(xué)報》：目前，任務(wù)攻關(guān)處于什么進(jìn)度？
侯增謙：天問三號任務(wù)分幾個不同的工程系統(tǒng)，多數(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)已基本完成，部分攻關(guān)仍在進(jìn)行。探測器等系統(tǒng)研制分為試樣、初樣和正樣，目前試樣已經(jīng)開始研制。科學(xué)任務(wù)團(tuán)隊正在利用各種火星觀測數(shù)據(jù)，開展示范性和試驗性研究，正在緊鑼密鼓地推進(jìn)著陸區(qū)選址工作。同時，為了確保實現(xiàn)首要科學(xué)目標(biāo)，正在加緊進(jìn)行以火星生命探尋為核心的全鏈條研究。
《中國科學(xué)報》：開展深空探測與自由探索有何不同？
侯增謙：行星探測，是一個系統(tǒng)工程，需要集體作戰(zhàn)，靠一個人一個團(tuán)隊是完不成的，屬于典型的有組織科技創(chuàng)新活動，任務(wù)目標(biāo)與時間節(jié)點非常明確，需要限時完成，這跟自由探索研究有很大不同。相對來說，自由探索需要比較寬松的環(huán)境和靈活的時間安排。
《中國科學(xué)報》：擔(dān)任天問三號首席科學(xué)家以來，你的工作節(jié)奏有變化嗎？
侯增謙：任務(wù)更繁重了，節(jié)奏肯定比過去更快了，晚上差不多1點前沒有睡過覺，一天休息五六個小時吧。因為我兼任著國家深地科技重大專項副總師的工作，同時還在做一些地球科學(xué)研究工作。
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