当美国宇航局的“毅力”号火星车绕着火星上的一个古老湖床缓慢行驶时，它正在收集一批独一无二的岩石。这辆汽车大小的探险家正在有条不紊地钻入这颗红色星球的表面，并取出储存在坚固钛管中的基岩核心。科学家们希望有一天将这些管子带回地球，并分析其内容物，以寻找嵌入微生物生命的痕迹。

研究确定了在火星上钻探的岩石的原始方向

自2021年登陆火星表面以来，火星车已在其43个管道中的20个管道中填充了基岩芯。现在，麻省理工学院的地质学家已经远程确定了迄今为止收集的岩石的一个重要特性，这将帮助科学家回答有关地球过去的关键问题。

在今天(3月4日)《地球与空间科学》杂志上发表的一项研究中，麻省理工学院的一个团队报告说，他们已经确定了漫游车迄今为止收集的大多数基岩样本的原始方向。通过使用火星车自己的工程数据，例如车辆及其钻头的定位，科学家们可以在从火星地面钻出每个基岩样本之前估计其方向。

这一结果代表着科学家首次在另一颗行星上定位基岩样本。该团队的方法可以应用于火星车在古盆地之外扩大勘探范围时收集的未来样本。将不同位置的多个岩石的方向拼凑在一起可以为科学家提供有关火星上岩石最初形成条件的线索。

“有很多科学问题都依赖于了解我们从火星带回的样本的方向，”该研究的作者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系的研究生埃利亚斯·曼斯巴赫(EliasMansbach)说。

麻省理工学院行星科学教授本杰明·韦斯补充道：“岩石的方向可以告诉你有关地球上可能存在的任何磁场的信息。”“你还可以研究水和熔岩在行星上的流动方式、远古风的方向以及构造过程，比如哪些东西隆起，哪些东西下沉。因此，能够在另一个星球上确定基岩的方向是一个梦想，因为它正在发生变化。”开展如此多的科学研究。”

Weiss和Mansbach的合著者是麻省理工学院的TanjaBosak和JenniferFentress，以及加州理工学院喷气推进实验室等多个机构的合作者。

深刻的转变

绰号为“珀西”的毅力号火星车正在探索杰泽罗陨石坑的底部，这是一个大型撞击坑，上面覆盖着火成岩，这些岩浆可能是过去火山爆发所沉积的，也可能是由长期干燥形成的沉积岩。注入盆地的河流。

“火星曾经温暖潮湿，那里曾经有可能存在生命，”韦斯说。“现在又冷又干，这个星球上肯定发生了一些深刻的事情。”

包括韦斯在内的许多科学家怀疑，火星和地球一样，曾经拥有一个磁场，可以保护地球免受太阳风的影响。当时的条件可能有利于水和生命，至少在一段时间内是这样。

韦斯说：“一旦磁场消失，太阳的太阳风——这种从太阳中沸腾出来的等离子体，其运动速度超过了音速——就会猛烈地撞击火星的大气层，并可能在数十亿年的时间里将其清除。”“我们想知道发生了什么，以及为什么。”

火星表面下方的岩石可能保存着火星古代磁场的记录。当岩石首次在行星表面形成时，其磁性矿物的方向由周围的磁场决定。因此，岩石的方向可以帮助追溯地球磁场的方向和强度以及它如何随时间变化。

由于毅力号火星车正在收集基岩样本以及表面土壤和空气样本，作为其探索任务的一部分，作为火星车科学团队成员的韦斯和曼斯巴赫寻找方法来确定火星车基岩的原始方向样本是重建火星磁历史的第一步。

“这是一个绝佳的机会，但最初并没有定向基岩的任务要求，”曼斯巴赫指出。

为了估计样本的滚动，该团队利用了流动站的一个机载摄像头，该摄像头拍摄了钻头即将采样的表面图像。图为毅力号进行的毅力演练。使用Mastcam-Z在sol499上拍摄。图片来源：NASA/JPL-Caltech/ASU

与它一起滚动

几个月来，曼斯巴赫和韦斯与美国宇航局工程师会面，制定了一项计划，如何估计每个基岩样本在从地下钻出之前的原始方向。这个问题有点像预测一小圈薄饼所指向的方向，然后再扭转圆形饼干切刀以拉出一块。同样，为了对基岩进行采样，Perseverance将管状钻头以垂直角度拧入地面，然后将钻头及其穿透的任何岩石直接拉出。

为了在岩石被钻出地面之前估计岩石的方向，团队意识到他们需要测量三个角度：哈德角、方位角和横滚角，这类似于船的俯仰角、偏航角和横滚角。哈德本质上是样本的倾斜度，而方位角是样本相对于真北指向的绝对方向。滚动是指样品在返回其原始位置之前必须转动的程度。

在与美国宇航局的工程师交谈时，麻省理工学院的地质学家发现，他们所需的三个角度与火星车在正常操作过程中自行进行的测量有关。他们意识到，为了估计样本的方位角和方位角，他们可以使用流动站对钻头方向的测量结果，因为他们可以假设钻头的倾斜度与其提取的任何样本平行。

为了估计样本的滚动，该团队利用了流动站的一个机载摄像头，该摄像头拍摄了钻头即将采样的表面图像。他们推断，他们可以使用表面图像上的任何显着特征来确定样品需要转动多少才能返回到其原始方向。

在表面没有明显特征的情况下，研究小组使用流动站的机载激光在岩石上做一个字母“L”形状的标记，然后钻出样本——这一举动被开玩笑地提到时间作为另一个星球上的第一幅涂鸦。

通过结合火星车的所有定位、定向和成像数据，该团队估计了迄今为止收集的所有20个火星基岩样本的原始方向，其精度可与地球上的岩石定向相媲美。

“我们知道方向的不确定性在2.7度以内，这比我们对地球岩石的了解要好，”曼斯巴赫说。“我们现在正在与工程师合作，使这个定向过程自动化，以便将来可以在其他样品上完成。”

“下一阶段将是最令人兴奋的，”韦斯说。“火星车将驶出陨石坑，获取火星上已知最古老的岩石，这是一个令人难以置信的机会，能够确定这些岩石的方向，并有望揭示许多这些古老的过程。”