一段為期五年的旅程，目標是帶回至少10公克的外星物質
日本的火星衛星探測器（MMX）已啟程前往火星，肩負一項規模不大卻雄心勃勃的任務：在2031年將至少10公克的火衛一物質帶回地球。這些顆粒中可能混有火星本身遭撞擊噴出的碎片，讓科學家得以取得火星物質；直接從火星採樣並帶回的計畫，則一直受成本與工程問題所困。
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這項名為MMX的任務於日本標準時間10月20日凌晨4時41分，搭乘H3火箭從種子島宇宙中心升空；換算為美國東部時間是10月19日。約71分鐘後，探測器與火箭分離，建立通訊並展開太陽能板。
日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的MMX計畫經理川勝康弘（Yasuhiro Kawakatsu）描述探測器分離後的狀況：
目前一切順利。
JAXA的MMX任務概要說明，這趟旅程將觀測火星的兩顆衛星、先行派遣探測車、在火衛一採樣，並在澳洲回收返回艙。JAXA的目標是總計取得至少10公克樣本，而非保證每次著陸都能採集到特定數量。
MMX延續日本隼鳥號系列任務的經驗；隼鳥號與隼鳥2號分別於2010年和2020年將小行星糸川與龍宮的物質帶回地球。這次的目的地帶來新的挑戰：探測器必須在小型衛星附近作業，同時還受到體積大得多的火星持續牽引。
JAXA理事長山川宏（Hiroshi Yamakawa）宣布發射成功，並形容任務就此展開：
為期五年的漫長旅程，就此開始。
從發射到在澳洲著陸，途中會發生什麼事？
MMX預計於次年8月抵達火星，接著花約三年時間調查火星及其衛星。返程預計還需約一年。
JAXA的MMX計畫頁面以日本會計年度列出大致時程：2026會計年度發射、2027會計年度進入火星軌道，並於2031會計年度返回。日本會計年度從4月開始，而任務較詳細的公開行程則指出，探測器將於西元2031年返回地球。
- 2026年10月20日，日本時間：MMX搭乘H3火箭從種子島發射。
- 2027年8月：探測器預計抵達火星，開始觀測任務。
- 2028年底或2029年初：作業預估顯示，Idefix探測車將於這段期間部署，探測器可能接著在2029年著陸。JAXA公開的任務流程則將詳細觀測與採樣作業列在2030年。
- 2030年：MMX預定離開火星，發射相關報導指出預計於11月啟程。
- 2031年：載有樣本的返回艙預計在澳洲著陸，之後樣本將送往日本。
較小的火星衛星火衛二也在觀測計畫之列。MMX計畫從遠處及飛越期間研究火衛二。詳細採樣計畫則以火衛一為目標；火衛二將透過探測器觀測進行調查。
為什麼這兩顆衛星的起源如此難以解釋？
火衛一直徑約22公里，軌道高度約在火星表面上方6,000公里，每天繞行火星約三圈。火衛二較小，直徑約12公里。兩者都不像地球那顆體積大、外形渾圓的月球。
目前有兩種主要假說試圖解釋它們如何形成。捕獲假說認為，兩者原本是被火星引力捕獲的小行星。巨大撞擊假說則認為，撞擊將火星物質拋入太空，其中一部分聚集形成衛星。
兩顆衛星表面顏色暗淡，類似某些原始小行星，支持捕獲假說。它們沿著火星赤道附近的近圓形軌道運行，則較符合由撞擊碎屑環形成的情境。火星引力相對較弱，也使其難以捕獲一顆完整掠過的小行星。
美國國家航空暨太空總署（NASA）太陽系小天體首席科學家湯姆・斯塔特勒（Tom Statler）說明MMX將如何檢驗這些假說：
前往火星衛星、近距離研究並將樣本帶回地球後，我們就能判斷火衛一物質究竟較符合小行星的組成，還是火星遭撞擊後產生的碎屑。
這些顆粒可能揭示哪些水與行星歷史的線索？
實驗室測量或許能分辨，物質是在巨大撞擊中受熱形成，還是留存在古老小行星內部而保存下來。巨大撞擊可能留下玻璃質岩石、受到極端壓力改變的礦物，以及容易汽化的物質（包括水）流失的證據。
若源自小行星，物質則可能含有富碳物質、黏土與有機化合物。有機化合物是含碳的化學物質，許多也是生命系統所涉及的物質。科學家將分析其組成與演變歷程，並檢視周圍的礦物。
水的化學特徵也可能提供另一條線索。普通氫與較重的氫同位素氘，在太陽系不同區域的比例各不相同。測量帶回樣本中的氫氘比例，可能有助研究人員辨認物質的形成地點，並調查水如何抵達岩石行星。
科學家也在檢驗兩種主要起源理論的不同變體。倫敦帝國學院行星科學家雅各布・凱格瑞斯（Jacob Kegerreis）曾模擬小行星受火星引力撕裂，形成可能聚合成衛星的碎屑盤。SETI研究所研究科學家馬蒂亞・楚克（Matija Cuk）則探討衛星反覆解體、再重組成較小天體的循環過程。
礦物年代，以及暴露於太空環境造成的影響，或許能協助檢驗這些演變歷程。研究人員也希望更精確地建立火星周遭撞擊事件的時間軸。為帶回的顆粒測定年代，能提供更可靠的參照，不必再沿用目前根據地球月球發展出的撞擊年代表。
火衛一可能收集了火星碎片
小行星撞擊火星時，可能將岩石與塵埃拋入太空。由於火衛一在附近運行，部分碎屑可能落在其表面。因此，MMX採集到的可能是衛星物質與源自火星顆粒的混合物。
北海道大學行星科學家、任務國際科學團隊負責人倉本圭司（Kiyoshi Kuramoto）估計，火星物質可能約占樣本的1%。若樣本總重10公克，當中將有約0.1公克，也就是100毫克，來自火星。實際比例要等研究人員辨識並分析帶回的顆粒後才能確定。
有些碎片可能來自火星較溫暖潮濕時形成的古老岩石，另一些則可能是後來的撞擊從地殼深處挖掘出來。研究人員或許能將部分較年輕的物質，與火星上相對較新的隕石坑連結起來。
辨識這些顆粒並不容易。它們可能極為細小，原始位置也可能無法確定，而且在沒有大氣保護的火衛一表面暴露於輻射後，物質已經發生變化。科學家必須透過化學組成、礦物結構與年代測量，重建其歷史。
探測車先行，在極微弱引力下探索
由法國與德國太空機構提供的Idefix探測車，預計先於主探測器探索火衛一表面。探測車重約25公斤，預計可運作約100天。
MMX將在離地表不到100公尺處釋放探測車。火衛一表面引力不到地球的千分之一，因此探測車會緩慢下降。但著陸仍不容易，因為機器人可能彈跳或翻倒；行駛時也必須仔細控制，讓車輪保持接觸地面。
Idefix配備相機與儀器，可檢查礦物及表面特性。這些觀測資料將協助團隊判斷地面鬆軟或堅實、辨識危險，並選擇具有地質研究價值的地點。
主探測器也會使用相機、光達、光譜儀等13項儀器進行勘查。光達利用雷射測量距離，讓團隊能繪製坡度與地表形狀。光譜儀則分析光線或其他輻射，以辨識物質成分。
NASA提供的設備包括MEGANE伽馬射線與中子光譜儀，由約翰霍普金斯大學應用物理實驗室及勞倫斯利佛摩國家實驗室的研究人員研發。它將測量高能粒子撞擊火衛一表面所產生的訊號，協助科學家判定火衛一含有哪些化學元素。
兩種採樣方式，幾乎沒有出錯空間
MMX必須以約10公尺的精度接近選定的著陸點。火衛一地形崎嶇、引力極弱，其引力環境也深受火星影響。探測器將沿著一條讓它維持在火衛一附近的火星軌道運行，稱為準衛星軌道，而非進入火衛一周圍一般的穩定軌道。
JAXA計畫最多進行兩次著陸，讓任務有機會從不同地形採集物質。使用特定濾鏡觀察時，火衛一部分區域呈現偏紅或偏藍，可能反映礦物、撞擊事件或太空暴露程度的差異。
一種取芯裝置可深入地表約2公分。NASA提供的第二種採樣器則會釋放加壓氮氣，將鬆散顆粒吹入容器。兩種方法並用，讓團隊既能取得淺層地下物質，也能採集表面塵埃。
探測器預計只會在地面停留數小時。著陸腳必須輕柔吸收接觸地面的衝擊，避免探測器翻倒或彈回太空。工程師也必須處理通訊延遲；JAXA指出，訊號往返探測器最長可能需要44分鐘。
因此，地面控制人員無法在下降過程中立即回應。探測器必須依靠機載導航與控制系統，遵循預定的接近路徑並應付快速變化。
尋找古代生命的可能性能走多遠？
科學家希望，可能來自火星的顆粒能揭示生命或許曾存在的環境。與水有關的礦物及保存下來的有機化學物質，有助重建火星過去的環境。
任務科學團隊負責人倉本對這種更大膽的可能性表示：
我確實認為，沙樣中可能含有生物活動留下的化學痕跡。
有關生物能否在撞擊中存活的研究，有助說明科學家為何考慮這種可能性。約翰霍普金斯大學近期取得博士學位的學生莉莉・趙（Lily Zhao），讓耐受力極強的細菌「耐輻射奇球菌」（Deinococcus radiodurans）承受模擬小行星撞擊部分情況的衝擊。部分細菌在高達海洋最深海溝處壓力30倍的環境下仍然存活。
這項實驗探討的是漫長旅程中的其中一個環節。任何從火星飛往火衛一的生物物質，還必須經歷噴出、穿越太空、著陸以及長期暴露於輻射等考驗。研究人員分析MMX樣本時，必須調查這段歷程，同時嚴格控制來自地球的污染。
茨城大學宇宙化學家、樣本分析團隊負責人藤谷涉（Wataru Fujiya）預期，這些顆粒將在JAXA宇宙科學研究所相模原園區的防護實驗室中處理。真空或惰性氮氣將有助保存物質，以供研究。
不同於火星岩石取樣任務的另一條路
自2021年起，NASA的毅力號探測車已採集精心挑選的火星樣本，並記錄岩石及周遭環境的資訊。由於成本攀升及技術可行性令人憂慮，包含如何從火星表面發射已採集物質等問題，原定的樣本取回計畫已失去國會資金支持。
MMX選擇另一條路，前往引力弱得多的衛星採樣。若能在火衛一找到火星顆粒，科學家便可取得地質歷史較不明確的火星物質；而火衛一樣本也能解答衛星形成及物質如何在太陽系中移動等問題。
中國的天問三號任務預定於2028年前後發射，最快可能在2031年直接從火星帶回樣本。其時程與MMX的返航計畫相近，兩者何者會先返回仍不確定。
發射相關估算指出，MMX成本為5億7,800萬美元，高於發射前公布的3億5,000萬美元估算。共有五個太空機構參與，結合日本的探測器與樣本返回經驗，以及國際夥伴提供的儀器、探測車技術與科學支援。
樣本在澳洲回收後，JAXA計畫先進行分類與編目，再將部分樣本提供給研究人員。NASA詹森太空中心預計可取得樣本總量的15%。若MMX正好帶回10公克，該中心將獲得1.5公克。
日本過去的小行星任務已證明，極少量樣本也能支援大量實驗室研究。如今MMX必須完成更艱鉅的任務環節：抵達火星、勘查陌生地形、安全著陸、採集物質並送回地球。蘇聯與俄羅斯過去曾多次嘗試探索火衛一，包括2011年發射的福布斯－土壤號任務，但都未能達成目標。
重點整理
- MMX於日本時間10月20日從種子島發射，換算為美國東部時間是10月19日。
- JAXA目標是在2031年將至少10公克火衛一物質帶回地球。
- Idefix探測車將先行勘查表面，之後探測器最多進行兩次著陸，並使用取芯與氣體採樣裝置。
- 帶回的顆粒可能有助解釋火星衛星如何形成，以及水與有機物質如何在太陽系中移動。
- 科學家估計，火星碎屑可能約占樣本總量的1%。
- 返回艙預計在澳洲著陸，樣本之後將在日本研究並分享給國際研究團隊。
