日本MMX探测器将登陆火星卫星火卫一，带回10克样本

日本即将尝试一项此前任何航天机构都未曾完成的壮举：登陆火星的一颗卫星，采集至少10克表面物质，再将这捧尘土带回地球。这艘航天器名为MMX，即Martian Moons eXploration的缩写，目标是火卫一——这颗形状凹凸不平、酷似土豆的卫星全长约27公里，其环绕火星的距离比任何已知卫星环绕其行星的距离都更近。若计划成功，地球上的实验室将获得首份取自火星系统的实体样本。

这件事意义重大，因为没有人知道火星的两颗卫星从何而来。火卫一及其较小的姊妹卫星火卫二，可能是游荡得过于接近火星而被其捕获的小行星；也可能是在某个巨大天体猛烈撞击火星时，被抛入轨道的碎屑。两种答案分别讲述了早期太阳系的不同故事，而只有在实验室中分析样本，才能一锤定音。

这项任务由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）主导；该机构此前的Hayabusa探测器曾带回两颗小行星的颗粒样本。美国国家航空航天局（NASA）、法国国家空间研究中心（CNES）、德国航空航天中心（DLR）及欧洲航天局均为合作伙伴。JAXA称，这是日本迄今主导的规模最大国际行星探测任务。

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MMX项目经理川胜康弘（Kawakatsu Yasuhiro）在JAXA声明中表示：“火星卫星火卫一仍是人类尚未探索的前沿。通过将火卫一样本带回地球，我们希望探究火星卫星如何形成、火星系统如何演化，以及类地行星上发现的水和有机物质如何起源。”

MMX计划如何从卫星上取回一块样本

这艘航天器长约9米，由三个叠放模块构成：用于减速进入火星轨道的推进模块、搭载着陆腿和采样设备的探测模块，以及将样本带回地球的返回模块。据欧洲航天局介绍，它搭载11台科学仪器，其中7台位于主航天器上，4台位于一辆小型探测车上。

火卫一太小，无法采用通常的方式绕其运行。它的引力不足地球引力的千分之一，因此MMX将飞行于工程师所称的“准卫星轨道”：严格来说，它环绕火星运行，但会与火卫一同步移动，看上去仿佛是在环绕这颗卫星。从那里开始，名为TENGOO的望远相机可辨识约40厘米见方的地貌特征；名为OROCHI的广角相机、激光高度计、法国红外光谱仪MIRS，以及NASA的伽马射线与中子仪器MEGANE，则将绘制地形、矿物和化学元素分布图。

在主航天器冒险着陆前，它将先投放一名“侦察兵”。由CNES和DLR制造、重25公斤的伊德菲克斯（Idefix）探测车，将从距表面40至100米的高度落下，自行翻正后行驶约100天。在火卫一上，它的重量大约相当于地球上15克物体的重量，也就是几张纸的分量。

随后便是着陆。探测模块将在表面停留约两个半小时，并且可能在另一处地点进行第二次着陆。它的主要工具是一台安装在机械臂上的取芯器，可向下钻取约2厘米，足以获取尚未被阳光和太阳辐射改变化学性质的物质。NASA提供的备用装置则会用氮气喷流将表面颗粒吹入容器，其原理与OSIRIS-REx在小行星贝努上所采用的方法相同；不过，在火卫一微弱的引力环境中，这股喷流带来了使航天器倾覆的小风险。

为何选择火星卫星，而非火星本身

火卫一从何而来的问题，实际上关乎行星如何获得水。如果火卫一是一颗被捕获的小行星，它应当与那些富含碳的暗色小行星相似；后者可能曾将水和有机分子带给年轻的岩质行星。如果它形成于一次巨大撞击后的碎屑，则应主要由火星地壳物质构成。

首席研究员仓本圭（Kuramoto Kiyoshi）表示：“解开这一谜团的关键在于火星卫星，它们与富碳小行星极为相似，而这类天体恰恰能够携带形成大气和水所需的成分。”从外表看，火卫一确实像一颗被捕获的小行星；但若它只是从途经天体中被顺手俘获，其近乎圆形、且接近火星赤道的轨道就很难解释。

此外还有一项额外收获。数十亿年来，小行星撞击火星不断将火星土壤抛射至太空；而火卫一轨道极近，因此被认为会扫集其中的一部分碎屑。火卫一样本因而可能含有来自火星本身的颗粒。随着NASA和欧洲航天局的火星样本返回计划在预算压力下实际上被取消，MMX或许将带回首批经专门任务送达地球、而非以陨石形式抵达的火星物质。

迄今击败所有访客的目标

历史足以说明挑战的规模。苏联的两艘火卫一探测器均在抵达这颗卫星前失联；俄罗斯后来尝试的样本返回任务Phobos-Grunt，也从未脱离地球轨道。至今没有任何航天器触及过火卫一。

与此前的成果相比，10克是一笔可观的收获。JAXA的Hayabusa仅从小行星丝川带回微小颗粒，Hayabusa2则从小行星龙宫带回约5.4克样本。MMX还将成为首艘在另一颗行星的卫星上着陆并起飞的航天器，也是首艘完成火星系统往返后返回地球的航天器。

这项任务还携带了几项额外配置。由日本广播协会NHK参与研制的两台超高清摄像机，将以8K拍摄火星及其卫星；而在返航途中，MMX将飞掠火卫二——这对卫星中较小、也更少受到探索的一颗。

MMX无法保证什么

样本返回任务是一条漫长的链条，链上的每一个环节都必须顺利完成，而MMX存在若干薄弱环节。火箭是第一个。日本H3火箭曾在一次失败飞行中损失一颗导航卫星，之后于今年夏季成功发射、恢复服役，因此整项任务将押注于一次发射。

着陆是第二个问题。没有人测量过火卫一表面究竟坚实还是松散，这也正是伊德菲克斯要先行探路的原因。备用气体采样器可能导致航天器倾覆，而若任务只着陆一次，便只能从这颗表面颜色与纹理各处不一的卫星上采集一个地点的样本。

最后，即便样本完美无缺，也未必能终结争论。混入土壤的火星颗粒，可能让火卫一显得比实际更具火星特征；而由撞击碎屑聚合形成的卫星，也仍可能含有小行星物质。科学家预计，答案将来自对同位素和矿物进行多年的测量，而非某一个新闻标题式的单一结果。

关于MMX与火卫一的常见问题

MMX何时发射？

MMX计划于2026年10月20日日本时间04:41，从日本南部的种子岛宇宙中心搭乘H3火箭升空；对应协调世界时10月19日19:41，以及中欧夏令时间21:41。发射日期可能因天气或技术检查而推迟。

MMX抵达火星需要多久？

约一年。该航天器预计于2027年8月进入火星轨道，并在次月开始围绕火卫一飞行准卫星轨道。

火卫一样本何时抵达地球？

返回舱计划于2031年通过降落伞在澳大利亚着陆，随后将被运往日本进行分析。该任务的设计目标是带回至少10克物质。

为什么火卫一很重要？

火卫一可能是一颗被捕获的小行星，也可能是远古撞击将火星物质抛入太空后形成的碎片。其成分能够揭示究竟是哪一种情况，并有助于解释水和有机分子如何抵达地球和火星。它还可能保存着火星土壤颗粒。

此前有人登陆过火卫一吗？

没有。两艘苏联探测器分别于1988年和1989年在抵达这颗卫星前失联，俄罗斯的Phobos-Grunt则于2011年在地球轨道失败。MMX将成为首艘触及其表面的航天器。

接下来会发生什么

如果发射如期进行，MMX将于2027年8月抵达火星，并于2027年9月进入环绕火卫一的轨道。伊德菲克斯预计在2029年初释放，主航天器计划于2030年着陆，样本舱则计划于2031年在澳大利亚着陆。已确认至少运行至2029年的欧洲航天局Mars Express轨道器，可能会从上空为观测提供支持。

标签: 天文学, 火星, JAXA, MMX, 太空探索, 火卫一

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