探索火星天然卫星起源之谜，日本采样返回任务启程|天然卫星|太阳系|小行星|日本|月球|火卫一|火星|超级地球

航天界2026/10/20

第 1217期

新闻速递

北京时间今天（10月20日）凌晨，日本H3火箭在其第10次发射中成功将火星卫星采样返回探测器送往飞向火星的轨道。4480公斤重的MMX（Martian Moons eXploration）探测器将对火星的两颗卫星——火卫一（Phobos）和火卫二（Deimos）展开研究，首次在火卫一着陆，并携带至少10克样本返回地球。

大约10个月后的2027年8月，探测器将抵达火星。届时，推进系统“刹车”将探测器带入绕火卫一飞行的准卫星轨道（QSO），探测器和火卫一同时绕火星运行。MMX计划在火星系统停留约3年，期间着陆火卫一、收集样本并储存到探测器的返回舱中。MMX还带了法德联合研制的IDEFIX巡视器，计划在2028年底或2029年初部署到火卫一表面。

着陆、采样完成后，MMX将先返回火卫一准卫星轨道，然后转移到一条偏心率更大、围绕火星运行的椭圆轨道。后者与火卫二的轨道相交。因此，在任务末期的几个月，MMX会多次飞掠火卫二，最后在2030年11月离开火星系统。如果一切顺利，其返回舱2031年将着陆澳大利亚，在人类航天史上首次将除月球以外的天体卫星样本带回地球。

火星仅有两颗天然卫星：直径约 22 公里的火卫一和直径约 14 公里的火卫二。科学家们希望借助MMX带回的样本及其在火星周围收集的数据，解开一个困扰学界几十年的谜题：火星的卫星到底从何而来——它们是从外太阳系捕获的小行星，还是火星遭遇巨大撞击时一个更大天体的残骸？

目前有两种证据彼此矛盾、谁也说服不了谁的主流假说。第一种假说认为，火卫一和火卫二的来历跟地球月球的形成方式类似。它们的轨道近圆，又几乎与火星赤道平面重合。这种规整的轨道特征说明火星早期可能曾与一个巨型天体猛烈相撞，溅出的物质碎片后来重新聚拢，形成了今天绕火星运行的两颗卫星。

但另一种假说也有自己的依据：火卫一和火卫二都不是球形的，而是像土豆一样细长、坑洼不平；这一外形特征、加上望远镜光谱分析目前能推断出的化学成分，指向另一种可能——它们原本是早期太阳系中的小行星，后来被火星的引力“抓”了过来，成了火星的卫星。

“火卫一是太阳系内最重要的未探测天体。”MMX任务团队成员表示，如果能弄清这两颗卫星的真正来历，就能为理解火星的地质历史、太阳系早期演化以及内太阳系行星的形成过程提供重要线索。

▲MMX任务规划（图源：JAXA）

该任务由日本航天局（JAXA）主导，NASA、ESA以及一些美欧公司共同参与。空间机器人公司Honeybee Robotics制造了“几秒钟即可完成采样操作”的采样器，该系统的一个版本已于2025年在萤火虫航天公司的商业月球着陆器上成功测试。

NASA提供了深空测控网支持，贡献了火星卫星伽马射线和中子探测仪等设备，还投入了约8700万美元——其中包括为MMX团队里的美国科学家提供资金。作为回报，带回地球的火卫一样本中至少有15%将被送到NASA约翰逊航天中心，用于分析和长期保存。

这些样本可能包含火星本身的碎片。但火星物质是否易于从样本中识别出来，取决于火卫一的起源。“如果火卫一是小行星物质，那么它与火星物质差异很大，在实验室里相对容易分离出来。如果火卫一物质是数十亿年前巨大撞击中溅射出的火星物质，分离起来可能会更难一些。”

全世界只有美国、苏联/俄罗斯、日本、中国4个国家完成过地外天体采样返回。作为日本航天的代表性成就，JAXA执行过两次小行星采样返回任务：隼鸟号（Hayabusa）从小行星糸川（Itokawa）采样——工作没能按照原计划进行，但部分尘埃颗粒还是回到地球并被证实来自外太空；隼鸟2号（Hayabusa2）成功从小行星龙宫（Ryugu）带回约5.4克表面样本，有科研团队从其中发现了20多种氨基酸。这两次任务为MMX积累了至关重要的技术与经验。

MMX并不是全球第一个瞄准火卫一采样返回的任务。2011年11月，俄罗斯的火卫一-土壤（Phobos-Grunt）任务从拜科努尔航天发射场升空，其返回舱原计划2014年8月携多至200克火卫一土壤返回地球。但探测器因火箭故障未能进入地火转移轨道，困在地球低轨几十天后失控再入。除主任务外，它还搭载了中国的火星轨道器萤火一号。