美國科學界發布載人登陸火星共識，首要目標為尋找地外生命

就在本周二，美國國家科學、工程和醫學院（National Academies of Sciences，Engineering，and Medicine，NASEM）正式發布了一份名為《火星載人探索科學戰略》（A Science Strategy for the Human Exploration of Mars）的報告。

圖丨相關報告（來源：National Academies）

這份長達 240 頁的文件，由美國亞利桑那州立大學的 Linda T. Elkins-Tanton 與麻省理工學院航空航天系教授 Dava J. Newman 聯合主持編寫，動員了 58 位跨學科志愿專家、54 位特邀演講者，歷時一年，經過五次線下會議和兩次開放式線上討論會，最終呈交給 NASA 和公眾。

報告開宗明義：人類踏上火星的第一步，將成為自阿波羅登月以來人類太空探索史上最重要的里程碑之一。但比起這些宏大敘事，真正讓這份報告具有分量的，是它試圖回答一個懸置已久的根本問題：我們為什么要派人去火星？科學界給出的首要答案，是尋找生命。

“火星生命探測一直是多個學科探險者的共同優先目標，也是本報告的首要科學目標。”報告如是寫道。這不是修辭，而是經過嚴謹評估之后得出的排序結論。報告列出了 11 項優先科學目標，涵蓋火星地質、氣候、水與二氧化碳循環、沙塵暴機制，以及火星環境對人體健康和生物系統的影響等，但“尋找現存或曾經存在的生命證據”被明確置于最高位置。

這份報告最大的意義在于，它事實上為載人火星任務提供了一種“科學合法性”的背書。長期以來，NASA 在國會山面臨的最大質疑之一，就是為什么要花費數千億美元，把人送到一個理論上可以由機器人執行任務的地方。現在，美國最高科學咨詢機構給出了一個明確立場：有些科學發現，只有人類親臨現場才有可能實現。

為什么是現在？

今年九月，NASA 宣布，其“毅力號”（Perseverance）火星車從杰澤羅隕石坑（Jezero Crater）內一塊名為“Cheyava Falls”的巖石中提取的樣本，包含了“潛在生物標志物”（potential biosignatures）。這一發現經過長達一年的同行評審，最終發表于頂級學術期刊《自然》（Nature），在科學界引發廣泛關注。

圖丨相關論文（來源：Nature）

所謂潛在生物標志物，指的是一種可能具有生物起源的物質或結構，但仍需更多數據或進一步研究，才能確定是否與生命存在相關。NASA 噴氣推進實驗室（JPL）“毅力號”項目科學家 Katie Stack Morgan 在發布會上強調：“天體生物學方面的聲明，尤其是那些涉及發現過去地外生命可能性的聲明，需要非凡的證據。”

這塊巖石位于一片被稱為“Bright Angel”的沉積巖層中。科學家發現，其泥巖和粉砂巖組成與地球上保存古代微生物生命的巖層高度相似，并且富含有機碳、硫、氧化鐵和磷。最引人注目的是巖石表面呈現出的“豹紋斑點”——這種紋理在地球上往往與微生物代謝過程密切相關。

紐約州立大學石溪分校的 Joel Hurowitz 教授是該論文第一作者，他表示：“我們在 Bright Angel 地層發現的化學組合，可能曾經是微生物新陳代謝的豐富能量來源。”

NASA（可能馬上就要加個“前”字了）代理局長 Sean Duffy 更是直言：“這是我們迄今為止離發現火星生命最近的一次。”

（來源：WikiPedia）

因此，在如此背景下，NASEM 報告的發布實質上是在宣告：機器人已經觸碰到了“可能存在生命證據”的門檻，人類是時候親自上場了。

四種方案與一個共同邏輯

報告的核心貢獻之一，是提出了四種可供選擇的探測活動方案（campaign）。每一種方案都涵蓋最初三次人類規模著陸任務，并根據科學目標的優先級進行了排序。

第一種方案被命名為“跨擴展探索區的火星科學”，建議所有三次任務都著陸在同一個低緯度至中緯度地點，該地點需具備近地表冰川和多樣化的地質環境。搜尋前生命化學和生命跡象的工作，將聚焦于地質上較年輕、曾經短暫宜居的區域，以及包括分層冰在內的冰層。這一方案的特點是資源集中、基礎設施可復用，能夠在單一探索區內盡可能實現全部 11 項科學目標。

第二種方案名為“火星科學測量的協同優化”，側重于在多學科之間找到最佳測量組合。雖然在覆蓋范圍上可能略有不足，但能在有限資源條件下獲得盡可能高的科學回報。

第三種方案“尋找火星冰殼下的現存生命”則更為激進，它將重點放在深部地下探測上，規劃建立強大的鉆探系統，能夠深入火星地表以下 2 至 5 公里處。這一深度對于尋找可能仍然存活的微生物群落至關重要。因為火星地表輻射極其強烈，任何生命若要長期存活，幾乎只能藏身于地下深處或冰層之中。

第四種方案“在三個不同地點探索火星”則采取完全不同的策略：三次任務分別著陸于三個不同地點：一個具有火成巖和撞擊熔融地質特征的南部高地，一個沉積巖區域以尋找古代生命證據，以及一個位于沙塵暴形成區內的冰川區域，以尋找現存生命。這一方案的優勢在于能夠充分探索火星的異質性，但代價是無法開展需要 300 天駐留才能完成的多代動物研究等長期實驗。

（來源：National Academies）

四種方案背后有一個共同邏輯：每一次任務都必須采集樣本并帶回地球。報告明確建議：“來自每一次火星載人任務的樣本都應當被帶回地球。NASA 應當與科學界合作，在首次載人任務啟動前，確定所需樣本的數量、類型、質量以及環境條件要求。”

乍看之下，“樣本帶回地球”似乎是理所當然的任務內容，但報告在此處著墨特別明確，背后實有深意。當前 NASA 的“火星樣本返回”（Mars Sample Return）計劃正因特朗普政府提出的預算削減而處于搖擺邊緣，科學界擔憂關鍵鏈路被迫中斷。

NASEM 在報告中將“樣本必須返回”明確寫入原則，客觀上也是在向決策層傳遞一個清晰信號：樣本回收并非可做可不做的附加選項，而是整個載人探索體系得以成立的前提與剛性基礎。

行星保護的困境與突圍

報告另一處值得注意的篇幅，落在“行星保護”（planetary protection）議題上。國際空間研究委員會（COSPAR）制定的準則旨在防止地球微生物污染火星（正向污染），同時避免外星物質對地球造成潛在風險（逆向污染）。

然而，最有可能存在現生命的區域被劃為“特殊區域”（Special Regions），現行規定禁止機器人甚至人類進入，而生命探測恰恰是任務最高優先級。

沖突由此產生。

報告坦承，委員會“既沒有專業知識也沒有權限”來解決這一難題，但它給出了一個方向性建議：“NASA 應繼續就行星保護準則的演進與國際社會合作，目標是使人類探險者能夠在那些可能支持甚至孕育生命的區域開展研究。”換言之，規則需要改變，而且要在載人任務啟動前改變到位。

近年來，NASA 一直在與國際空間研究委員會合作，試圖設計一種分區管理方案：允許人類著陸在某些火星區域，同時將其他區域保持為“原始狀態”。委員會認為，這項工作應當被優先納入載人火星任務的整體設計之中。

人與機器，以及那個“為什么是人”的問題

報告的另一個重要貢獻，是系統性地論證了人類在火星科學探索中的不可替代性。

Newman 教授在接受 Ars Technica 采訪時表示：“我們正在火星上尋找生命。除非它（生命）真的被發現，否則‘我們是否孤獨’這個問題的答案永遠只能是‘也許’。”她和 Elkins-Tanton 都強調，人類的臨場判斷力、應變能力和多任務協調能力，是當前任何機器人都無法企及的。

報告中特別提到了“發現驅動型科學”（discovery-driven science）的概念。與按預設路徑運行的機器人任務不同，人類探險者可以根據初步發現實時調整后續活動，這種敏捷性在探索未知環境時至關重要。當你尚不確定自己究竟在尋找什么時，你需要的是一個會思考、會提問的探險者，而不僅僅是一臺按程序運行的儀器。

當然，報告也高度重視人機協作。它建議 NASA 定期召開“火星人機協作峰會”，評估人工智能和機器學習在火星任務中的可靠性，探討如何最大化宇航員用于科學研究的時間。報告設想，未來的火星任務將是一種“人類主導、機器輔助”的混合模式：機器人承擔體力密集型和危險度較高的作業，而人類專注于判斷、決策和精細操作。

這一愿景聽起來要切實很多，但它的實現仍需跨越大量技術鴻溝：進入、下降與著陸系統，長期生命保障，推進劑在地生產，宇航員健康維護……報告假設這些挑戰最終會被解決，但并未給出具體時間表。

時代窗口與不確定性的博弈

這份報告發布之際，載人火星探索的全球格局正在經歷微妙重塑。

SpaceX 創始人埃隆·馬斯克在 2025 年 5 月宣布，公司有 50％ 的概率在 2026 年底向火星發射首艘無人 Starship 飛船，這取決于軌道加注技術能否及時成熟。他還透露，如果首批任務成功著陸，公司計劃在 2028 至 2029 年的發射窗口發送約 20 艘飛船，并可能搭載首批人類宇航員。他的終極目標，是在火星上建立一座自給自足的城市。

與此同時，NASA 的 Artemis 計劃進展緩慢但穩步推進。Artemis Ⅱ 計劃 2026 年執行繞月載人飛行，Artemis Ⅲ 預計 2027 年實現月表著陸。NASA 將月球定位為通往火星的“試驗場”：宇航員將在月球上測試長期生命保障系統、輻射防護、地表棲息艙和漫游車，為未來的火星任務積累經驗。

圖丨 Artemis Ⅲ 渲染圖（來源：NASA）

此外，潛在的不確定因素同樣不可忽視。特朗普政府在 2025 年 5 月提出的預算案，大幅削減 NASA 經費約 25％，“火星樣本返回”計劃首當其沖。盡管 Sean Duffy 表示，正在評估“更快、更便宜”的替代方案，但科學界普遍擔憂，樣本返回的延遲將嚴重制約生命探測研究的推進。

NASEM 報告發布的時機，在某種程度上正是對這種不確定性的回應。它試圖在政治風向發生劇烈變化之前，為載人火星任務的科學必要性建立一個相對穩固的論證基礎。正如報告序言所言：“科學站在這份報告的起點、中心和終點。”這既是一種學術立場，也是一種政治策略。

一個時代的起點

五十多年前，阿波羅 17 號宇航員從月球表面離開，人類此后再未踏足地球之外的任何天體表面。太空競賽的激情逐漸冷卻，載人航天被困在低地球軌道數十年。如今，火星成為新一輪太空雄心的焦點。無論是 NASA、SpaceX，還是中國和歐洲的航天機構，都將目光投向那顆紅色行星。

NASEM 的這份報告，某種意義上為這一歷史轉向給出了科學層面的確認與回應。它告訴政策制定者和公眾：載人登火不是一場昂貴的作秀，而是回答“我們是否孤獨”這一人類根本問題的必要手段。它也提醒科學界：火星不僅是一個地質實驗室，更可能是另一個曾經或仍然孕育生命的世界。

當然，從報告到任務，從藍圖到足跡，中間仍隔著技術、資金、政治和運氣的層層考驗。但正如 Elkins-Tanton 在報告發布會上所說：“我們用機器人探測火星已經 50 年了。人類如果能親自去到那里，意味著全新的可能性。”

參考資料：

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/

運營/排版：何晨龍