美国科学界发布载人登陆火星共识，首要目标为寻找地外生命

就在本周二，美国国家科学、工程和医学院（National Academies of Sciences，Engineering，and Medicine，NASEM）正式发布了一份名为《火星载人探索科学战略》（A Science Strategy for the Human Exploration of Mars）的报告。

图丨相关报告（来源：National Academies）

这份长达 240 页的文件，由美国亚利桑那州立大学的 Linda T. Elkins-Tanton 与麻省理工学院航空航天系教授 Dava J. Newman 联合主持编写，动员了 58 位跨学科志愿专家、54 位特邀演讲者，历时一年，经过五次线下会议和两次开放式线上讨论会，最终呈交给 NASA 和公众。

报告开宗明义：人类踏上火星的第一步，将成为自阿波罗登月以来人类太空探索史上最重要的里程碑之一。但比起这些宏大叙事，真正让这份报告具有分量的，是它试图回答一个悬置已久的根本问题：我们为什么要派人去火星？科学界给出的首要答案，是寻找生命。

“火星生命探测一直是多个学科探险者的共同优先目标，也是本报告的首要科学目标。”报告如是写道。这不是修辞，而是经过严谨评估之后得出的排序结论。报告列出了 11 项优先科学目标，涵盖火星地质、气候、水与二氧化碳循环、沙尘暴机制，以及火星环境对人体健康和生物系统的影响等，但“寻找现存或曾经存在的生命证据”被明确置于最高位置。

这份报告最大的意义在于，它事实上为载人火星任务提供了一种“科学合法性”的背书。长期以来，NASA 在国会山面临的最大质疑之一，就是为什么要花费数千亿美元，把人送到一个理论上可以由机器人执行任务的地方。现在，美国最高科学咨询机构给出了一个明确立场：有些科学发现，只有人类亲临现场才有可能实现。

为什么是现在？

今年九月，NASA 宣布，其“毅力号”（Perseverance）火星车从杰泽罗陨石坑（Jezero Crater）内一块名为“Cheyava Falls”的岩石中提取的样本，包含了“潜在生物标志物”（potential biosignatures）。这一发现经过长达一年的同行评审，最终发表于顶级学术期刊《自然》（Nature），在科学界引发广泛关注。

图丨相关论文（来源：Nature）

所谓潜在生物标志物，指的是一种可能具有生物起源的物质或结构，但仍需更多数据或进一步研究，才能确定是否与生命存在相关。NASA 喷气推进实验室（JPL）“毅力号”项目科学家 Katie Stack Morgan 在发布会上强调：“天体生物学方面的声明，尤其是那些涉及发现过去地外生命可能性的声明，需要非凡的证据。”

这块岩石位于一片被称为“Bright Angel”的沉积岩层中。科学家发现，其泥岩和粉砂岩组成与地球上保存古代微生物生命的岩层高度相似，并且富含有机碳、硫、氧化铁和磷。最引人注目的是岩石表面呈现出的“豹纹斑点”——这种纹理在地球上往往与微生物代谢过程密切相关。

纽约州立大学石溪分校的 Joel Hurowitz 教授是该论文第一作者，他表示：“我们在 Bright Angel 地层发现的化学组合，可能曾经是微生物新陈代谢的丰富能量来源。”

NASA（可能马上就要加个“前”字了）代理局长 Sean Duffy 更是直言：“这是我们迄今为止离发现火星生命最近的一次。”

（来源：WikiPedia）

因此，在如此背景下，NASEM 报告的发布实质上是在宣告：机器人已经触碰到了“可能存在生命证据”的门槛，人类是时候亲自上场了。

四种方案与一个共同逻辑

报告的核心贡献之一，是提出了四种可供选择的探测活动方案（campaign）。每一种方案都涵盖最初三次人类规模着陆任务，并根据科学目标的优先级进行了排序。

第一种方案被命名为“跨扩展探索区的火星科学”，建议所有三次任务都着陆在同一个低纬度至中纬度地点，该地点需具备近地表冰川和多样化的地质环境。搜寻前生命化学和生命迹象的工作，将聚焦于地质上较年轻、曾经短暂宜居的区域，以及包括分层冰在内的冰层。这一方案的特点是资源集中、基础设施可复用，能够在单一探索区内尽可能实现全部 11 项科学目标。

第二种方案名为“火星科学测量的协同优化”，侧重于在多学科之间找到最佳测量组合。虽然在覆盖范围上可能略有不足，但能在有限资源条件下获得尽可能高的科学回报。

第三种方案“寻找火星冰壳下的现存生命”则更为激进，它将重点放在深部地下探测上，规划建立强大的钻探系统，能够深入火星地表以下 2 至 5 公里处。这一深度对于寻找可能仍然存活的微生物群落至关重要。因为火星地表辐射极其强烈，任何生命若要长期存活，几乎只能藏身于地下深处或冰层之中。

第四种方案“在三个不同地点探索火星”则采取完全不同的策略：三次任务分别着陆于三个不同地点：一个具有火成岩和撞击熔融地质特征的南部高地，一个沉积岩区域以寻找古代生命证据，以及一个位于沙尘暴形成区内的冰川区域，以寻找现存生命。这一方案的优势在于能够充分探索火星的异质性，但代价是无法开展需要 300 天驻留才能完成的多代动物研究等长期实验。

（来源：National Academies）

四种方案背后有一个共同逻辑：每一次任务都必须采集样本并带回地球。报告明确建议：“来自每一次火星载人任务的样本都应当被带回地球。NASA 应当与科学界合作，在首次载人任务启动前，确定所需样本的数量、类型、质量以及环境条件要求。”

乍看之下，“样本带回地球”似乎是理所当然的任务内容，但报告在此处着墨特别明确，背后实有深意。当前 NASA 的“火星样本返回”（Mars Sample Return）计划正因特朗普政府提出的预算削减而处于摇摆边缘，科学界担忧关键链路被迫中断。

NASEM 在报告中将“样本必须返回”明确写入原则，客观上也是在向决策层传递一个清晰信号：样本回收并非可做可不做的附加选项，而是整个载人探索体系得以成立的前提与刚性基础。

行星保护的困境与突围

报告另一处值得注意的篇幅，落在“行星保护”（planetary protection）议题上。国际空间研究委员会（COSPAR）制定的准则旨在防止地球微生物污染火星（正向污染），同时避免外星物质对地球造成潜在风险（逆向污染）。

然而，最有可能存在现生命的区域被划为“特殊区域”（Special Regions），现行规定禁止机器人甚至人类进入，而生命探测恰恰是任务最高优先级。

冲突由此产生。

报告坦承，委员会“既没有专业知识也没有权限”来解决这一难题，但它给出了一个方向性建议：“NASA 应继续就行星保护准则的演进与国际社会合作，目标是使人类探险者能够在那些可能支持甚至孕育生命的区域开展研究。”换言之，规则需要改变，而且要在载人任务启动前改变到位。

近年来，NASA 一直在与国际空间研究委员会合作，试图设计一种分区管理方案：允许人类着陆在某些火星区域，同时将其他区域保持为“原始状态”。委员会认为，这项工作应当被优先纳入载人火星任务的整体设计之中。

人与机器，以及那个“为什么是人”的问题

报告的另一个重要贡献，是系统性地论证了人类在火星科学探索中的不可替代性。

Newman 教授在接受 Ars Technica 采访时表示：“我们正在火星上寻找生命。除非它（生命）真的被发现，否则‘我们是否孤独’这个问题的答案永远只能是‘也许’。”她和 Elkins-Tanton 都强调，人类的临场判断力、应变能力和多任务协调能力，是当前任何机器人都无法企及的。

报告中特别提到了“发现驱动型科学”（discovery-driven science）的概念。与按预设路径运行的机器人任务不同，人类探险者可以根据初步发现实时调整后续活动，这种敏捷性在探索未知环境时至关重要。当你尚不确定自己究竟在寻找什么时，你需要的是一个会思考、会提问的探险者，而不仅仅是一台按程序运行的仪器。

当然，报告也高度重视人机协作。它建议 NASA 定期召开“火星人机协作峰会”，评估人工智能和机器学习在火星任务中的可靠性，探讨如何最大化宇航员用于科学研究的时间。报告设想，未来的火星任务将是一种“人类主导、机器辅助”的混合模式：机器人承担体力密集型和危险度较高的作业，而人类专注于判断、决策和精细操作。

这一愿景听起来要切实很多，但它的实现仍需跨越大量技术鸿沟：进入、下降与着陆系统，长期生命保障，推进剂在地生产，宇航员健康维护……报告假设这些挑战最终会被解决，但并未给出具体时间表。

时代窗口与不确定性的博弈

这份报告发布之际，载人火星探索的全球格局正在经历微妙重塑。

SpaceX 创始人埃隆·马斯克在 2025 年 5 月宣布，公司有 50％ 的概率在 2026 年底向火星发射首艘无人 Starship 飞船，这取决于轨道加注技术能否及时成熟。他还透露，如果首批任务成功着陆，公司计划在 2028 至 2029 年的发射窗口发送约 20 艘飞船，并可能搭载首批人类宇航员。他的终极目标，是在火星上建立一座自给自足的城市。

与此同时，NASA 的 Artemis 计划进展缓慢但稳步推进。Artemis Ⅱ 计划 2026 年执行绕月载人飞行，Artemis Ⅲ 预计 2027 年实现月表着陆。NASA 将月球定位为通往火星的“试验场”：宇航员将在月球上测试长期生命保障系统、辐射防护、地表栖息舱和漫游车，为未来的火星任务积累经验。

图丨 Artemis Ⅲ 渲染图（来源：NASA）

此外，潜在的不确定因素同样不可忽视。特朗普政府在 2025 年 5 月提出的预算案，大幅削减 NASA 经费约 25％，“火星样本返回”计划首当其冲。尽管 Sean Duffy 表示，正在评估“更快、更便宜”的替代方案，但科学界普遍担忧，样本返回的延迟将严重制约生命探测研究的推进。

NASEM 报告发布的时机，在某种程度上正是对这种不确定性的回应。它试图在政治风向发生剧烈变化之前，为载人火星任务的科学必要性建立一个相对稳固的论证基础。正如报告序言所言：“科学站在这份报告的起点、中心和终点。”这既是一种学术立场，也是一种政治策略。

一个时代的起点

五十多年前，阿波罗 17 号宇航员从月球表面离开，人类此后再未踏足地球之外的任何天体表面。太空竞赛的激情逐渐冷却，载人航天被困在低地球轨道数十年。如今，火星成为新一轮太空雄心的焦点。无论是 NASA、SpaceX，还是中国和欧洲的航天机构，都将目光投向那颗红色行星。

NASEM 的这份报告，某种意义上为这一历史转向给出了科学层面的确认与回应。它告诉政策制定者和公众：载人登火不是一场昂贵的作秀，而是回答“我们是否孤独”这一人类根本问题的必要手段。它也提醒科学界：火星不仅是一个地质实验室，更可能是另一个曾经或仍然孕育生命的世界。

当然，从报告到任务，从蓝图到足迹，中间仍隔着技术、资金、政治和运气的层层考验。但正如 Elkins-Tanton 在报告发布会上所说：“我们用机器人探测火星已经 50 年了。人类如果能亲自去到那里，意味着全新的可能性。”

参考资料：

1.https://www.nationalacademies.org/publications/28594

2.https://arstechnica.com/space/2025/12/in-a-major-new-report-scientists-build-rationale-for-sending-astronauts-to-mars/

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