天问三号任务首席科学家侯增谦院士：将样品带回地球，才能解开火星生命密码

来源：滚动播报

（来源：i自然全媒体）

编者按

天问三号计划2028年发射，其最重要的任务就是将火星样品带回地球。这是我国行星探测工程的里程碑任务。在探测器奔赴火星之前，围绕着陆区遴选、多模式采样、行星保护、新一代火星地质图编制等关键问题，大量科学研究与技术攻关已经在地面紧锣密鼓地推进。

9月3日，侯增谦院士在2026年深空探测（天都）国际会议上作题为《火星取样返回任务（TW-3）机遇与挑战》的主旨报告。

科学牵引

天问三号寻找生命痕迹

记者：火星一直是深空探测的焦点，全球已经开展数十次火星探测。我们为什么要迎难而上，实施难度极大的火星取样返回？天问三号任务的核心科学目标是什么？

侯增谦：全球高度关注火星探测，根源主要有三方面。第一，火星是解答生命起源最理想的场所。数十亿年前火星和地球相似，拥有全球性内禀磁场、火山岩浆、构造活动，具备能量条件，也曾有浓密大气和地表自由水，具备生命诞生、繁衍的宜居环境。然而，火星究竟是否诞生生命，仍缺乏铁证。反观地球，早期生命演化的痕迹已经被地质过程磨灭，很难回溯生命最初如何出现，而火星就可能给我们提供天然实验场，甚至可以回应“人类在宇宙中是否孤独”这一重大哲学命题。

第二，要回答宜居可持续性的根本机制。35亿年前，地球、火星、金星堪称“三兄弟”，环境条件相近，之后却分道扬镳。如今的火星已是“耄耋之年”，磁场消退，岩浆与构造活动基本停歇，大气以二氧化碳为主、十分稀薄，地表水体消失，酷寒干旱，沙尘暴肆虐，已经演化成为一颗缺乏生气的老年行星。同样的起点，地球生机盎然，火星快速衰老，搞清楚背后的控制因素，对我们认识地球、预判地球未来有着重大现实意义。

第三，关乎人类走向深空的长远梦想。人类移居火星虽是设想，但不能只停留在想象，未来必将进行载人火星探测，甚至建设火星科研站，需要充分认知火星生态环境，为未来环境重塑奠定基础。

迄今为止，全球已开展47次火星探测任务，仅25次取得成功。火星距离地球遥远，要飞越4亿千米，地火转移飞行需要近十个月。人类已经实现环绕、着陆、巡视，但取样返回、载人探测至今尚未实现。我国火星探测起步晚，但后来者居上，天问一号2020年发射，2021年成功着陆乌托邦平原，一次性实现“绕、落、巡”探测，获得了大量科学数据，提升了我国对火星的科学认知。天问三号任务，就是要去冲击难度更高的火星取样返回，这会是人类深空探测的一次创举。

但仅仅依靠轨道遥感和就位探测，很难拿到生命存在的直接实证，只有把火星样品带回地球实验室开展高精度分析，才有可能回答这一系列根本性科学问题。

记者：和以往深空任务相比，天问三号任务在实施思路上的最大变化是什么？

侯增谦：天问三号任务的基本理念是：锚定科学目标、聚焦核心难点、传承创新相济、规模适度从简。与以往的探测工程相比，天问三号任务强调科学牵引和工程实现双轮驱动，围绕重大科学目标，进行探测方案设计；继承天问一号的技术，聚力攻关火面起飞上升、环火交会等关键技术难题；更为关注行星保护，强调全流程接触链阻断设计和样品保真防护能力构建。

我们组织了国内科研团队联合攻关，充分借鉴、吸纳研究成果和建议意见，最终凝练提出了三大科学主题和9个关键科学问题。总的科学目标是：围绕地外生命存在与否这一重大命题，采集高价值样本返回地球，探寻火星微生物、有机物等生命痕迹，厘清火星大气循环与逃逸过程，刻画火星地质与内部结构，最终揭示类地行星宜居性的完整演化历史。

天问三号任务的首要目标是寻找潜在生命信息，其次是古气候、大气与宜居演化研究，最后是火星地质、内部构造演化解析。样品还没回来，但科研不能等。我们已经提前布局科研攻关：依托国家自然科学基金委员会交叉研究专项、科技部重点研发计划，针对地球与火星生命对比、火星潜在生命识别与表征、火星气候与水环境开展前瞻性研究，后续将继续推动火星地质方向的研究布局。样品返回之前，理论、实验、分析技术都要全部准备到位，避免拿到样品却没有能力识别其中蕴含的科学信息。

立体取样

着陆选址是成功的关键

记者：取样返回的难度体现在哪里？

侯增谦：正如天问三号任务总设计师刘继忠所说，天问三号涉及17类任务场景和123种能力需求，技术难点非常突出。其中，火面起飞上升、环火交会对接、火地转移与地球再入回收等，都是硬核工程挑战。目前，工程技术团队正在加紧技术攻关。此外，还有极易被忽视但却至关重要的行星保护。刘总要求做到“三不污染”：地球微生物不能污染火星，火星潜在生命不能污染地球生物圈，火星样品更不能被污染，必须确保高保真，杜绝出现生命信号“假阳性”。目前，行星保护系统正在加紧科学实验和技术攻关，努力形成一整套行星保护的标准和规范。

为获得高价值、多样性样品，我们设计了3套互为补充的采样手段：一是机械臂开展表层采样。二是实施两米深度钻取采样。由于火表长期遭受宇宙射线轰击、风化氧化，有机物质极易遭到破坏，地下两米地层更有希望保存完好的古物质记录。三是无人机采样。飞抵着陆区周边采样，弥补单点取样局限，确保样品多样性。三种模式结合，尽可能获取不同深度、不同位置、不同成因的岩石碎屑与沉积记录。

记者：火星取样，着陆选址是第一道关口。很多读者好奇，我们究竟要把探测器降落在火星的什么地方？

侯增谦：可以说，着陆点选得好不好，直接决定样品的科学价值和科学目标的实现。如果点位选错，即便成功取样返回，也可能错失寻找古生命线索的机会。在遥远的火星寻找高生命概率区即着陆区，就像大海捞针，难度可想而知。

高生命概率区与工程可行性叠加优选着陆区

如何科学地进行着陆区选址，美国航空航天局、欧洲航天局的通行模式是征集大量候选着陆点，先做科学指标筛选，再叠加工程约束，比如美国毅力号选址就历时5年完成。然而，他们的选址主要依靠科学家的个人经验，难免掺杂主观判断。

天问三号对选址有更高的要求，因为我们的着陆区就是就位探测区，因此不能走简单经验评判的老路。我们借鉴了地质找矿的技术思路，创新构建了“潜在生命描述模型”，类似于指导矿产勘查的成矿模型。具体来说，确定生命痕迹高概率区域，就如同在地球上圈定找矿靶区：先根据火星潜在生命的宜居环境、起源、繁衍的基本逻辑及与环境共演化的机制，构建出潜在生命痕迹高概率区域的表征因子，即“潜在生命描述模型”；然后根据描述模型，从海量遥感数据中，提取水活动、热液活动、地质演化、古气候、潜在生命起源、繁衍水体、保存载体七大关键要素信息，制作多层套合的科学要素图层，采用图层量化叠加分析，特别是优化算法和人工智能，开展定量评估，从全球到区域再到局部层层收敛和逐渐聚焦，最终圈定生命痕迹高概率靶区。

当然，科学优选的生命痕迹高概率靶区，还要和工程约束叠加。只有工程能够安全抵达，两者重合的区域，才是真正可行的着陆区。

我们初步梳理评估了86个候选地点，涵盖卡塞伊峡谷、麦克劳克林陨石坑、大山陨石坑、乌托邦平原等重点区域。科研人员一边做科学价值评估，一边叠加工程约束，综合考量地形坡度、岩石分布、光照、沙尘等安全条件，力争在“最有科学价值”和“能够安全着陆”之间找到最优解。目前工程可抵达纬度大致在北纬17°~30°，候选区已经从19个压缩到8个，今年年底我们计划筛选出3个最终备选着陆区，还要为3个备选区专门编制大比例尺地质图。

阻断污染

样品高度保真是生命线

记者：样品顺利带回地球，如何保护样品、识别微弱的生命信号？

侯增谦：这里有两大关键点：样品高保真保护、微量生命信号识别。

天问三号火星取样返回必须遵循行星保护的“三不污染”原则。样品的“保真”是任务的生命线。这就要求做到双向防护。从探测器元器件就要建立严格标准，把零部件有机、无机物质全部建档，制定污染阈值；探测器组装、运输、发射全流程，落实微生物消杀管控；火星表面采样、交会封装环节也要规避二次污染；样品返回地面之后，需要建设专用P4级别的实验室，在高等级防护条件下完成解封、消杀与分析。整套标准体系、实验技术目前都在攻关。

另外一个挑战是，即便样品里面存在生命痕迹，信号大概率极微量，识别难度极高。生命探寻已经成为深空探测竞争的战略高地，机遇很大，但挑战同样严峻。

为此，国家自然科学基金委员会已经正式发布专项指南，开展火星生命痕迹探寻交叉研究，设置了三大研究主题：一是解析着陆区宜居环境与生命起源条件，完善高生命概率区预测模型；二是突破极痕量生命物质检测，建立火星返回样品生命信号全流程识别体系；三是研究极端环境下生命适应边界，为识别提供理论支撑。

这是典型的大交叉科学，不只是地质学家，生命、化学、物理、信息科学力量都要深度参与。我们的目标是，在样品回来之前，先做好充分的知识储备、人才储备和识别方法储备，形成先进分析方法、识别体系与理论认识，为天问三号火星样品生命痕迹探寻筑牢根基，样品一落地就能快速产出科学成果。

记者：天问三号任务还有哪些配套的重要工作正在推进？

侯增谦：从科学层面上，有4项重点工作在并行推进：一是持续推进科学与工程迭代融合，完成高概率着陆区优选；二是研究火星沙尘暴机制，发展我们自主的火星大气数值模式，建立沙尘预警系统，保障任务安全；三是推进高防护级别的行星实验室建设，开展系列科学实验，完善行星保护体系，参与构建行星保护国际标准；四是依托新数据与 AI，编制新一代全火星地质图。

智能编图

新一代火星地质图即将诞生

记者：公众特别关注我国编制新一代火星地质图的有关情况，请您介绍一下。

侯增谦：火星地质图可最大限度地集成各方面研究成果，是最为直观、最具显示度的成果展示形式。火星地质图也是探测器着陆的重要导引，是火星地质研究的关键基石，是未来载人探火的重要基础。编制新一代火星地质图，核心目的是为当前和未来的火星探测任务提供科学依据和资料基础。

20世纪70年代以来，国际上陆续发布多版火星全球地质图。但受限于当时的观测条件和早期数据局限，存在不少短板。我们的新一代火星地质图将秉持“数据驱动，智能编图”理念，走“标准引领—技术创新—工程应用”三位一体路径。

这套图有三个“新”：

第一是科学认知新。依托天问一号、祝融号巡视的一手新数据和新发现，提出我国自主的火星地质年代划分新方案，升级地质要素分类标准。

第二是数据来源新。充分用好天问一号自主探测成果，同时融合国际多源数据，汇聚影像、光谱、雷达、重力、磁场多模态信息，打通轨道遥感和巡视实地验证链条。

第三是编研技术新。把地质知识嵌入 AI大模型，搭建适配火星的深度学习解译框架，解决火星地质体尺度跨度巨大的解译难题。

整套成果计划2028年底完成。除1：500万全火星地质图外，我们还将产出3个备选着陆区大比例尺着陆区专用地质图以及系列图集。它不仅服务于着陆区筛选、采样点位研判，也为返回之后的样品解读提供地质背景。更重要的是，沉淀的这套AI行星编图工作流，可以迁移应用到月球、金星、小行星，为我国后续深空探测、火星科研站建设提供基础支撑和可复用模板。

记者：从月球采样走向火星采样，这项任务对中国深空探测意味着什么？

侯增谦：天问三号不只是一次航天工程远征，更是一场拓展人类认知边界的科学革命。从嫦娥五号、六号取回月球样品，到奔赴火星取样返回，这是我国深空探测能力的一次重大跨越。

火星取样返回，工程难度极高，风险客观存在。但我们把大量工作做在地面：着陆区反复推演论证，采样技术持续迭代，地质图谱精细绘制，生命识别体系提前布局。我们要回答的，不单单是火星有没有生命，更是一颗类地行星如何演化、宜居环境如何兴衰变迁。

科学探索，允许未知，但拒绝浮躁。无论样品中是否找到生命直接证据，它都会为我们揭开火星演化的全新篇章。期待国内广大专家学者共同参与，也期待来自红色星球的珍贵样品抵达地球后，让人类离破解火星奥秘更进一步。