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顶级火星专家详解“毅力号”火星车使命:寻找火星生命迹象
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日期:2021-02-19 10:18:55来源:物联中国 点击:503
核心提示:继2月9日阿联酋“希望号”火星探测器率先入轨,2月10日中国“天问一号”火星探测器成功入轨。时隔一周(2月18日),美国“毅力号”火星车也来了!它成功着陆耶泽罗撞击坑,开始巡视探测。“毅力号”火星车使命又是什么?“毅力号”是美国首个以天体生物学为重点的火星探测任务,它的目标是详细研究火星早期宜居性环境,寻找...

继2月9日阿联酋“希望号”火星探测器率先入轨,2月10日中国“天问一号”火星探测器成功入轨。时隔一周(2月18日),美国“毅力号”火星车也来了!它成功着陆耶泽罗撞击坑,开始巡视探测。

“毅力号”火星车使命又是什么?

“毅力号”是美国首个以天体生物学为重点的火星探测任务,它的目标是详细研究火星早期宜居性环境,寻找过去生命的迹象,并且识别和收集最有价值的岩芯和火壤样品,以便未来可以将它们带回地球进行更详细的研究;“毅力号”还将测试未来人类登陆火星所需的技术。“毅力号”成功降落在耶泽罗撞击坑,这个位置是从60多个候选着陆点中历时5年选定的。该地区可能是个古湖泊,具有明显的古代河流三角洲痕迹,可以想象,微生物可能在一个或多个温暖潮湿的时期生活在这里。如果是这样,我们极有可能会在湖床或沉积物中发现生物遗迹。

“毅力号”火星车着陆位置(图源:Tim Goudge;汉化改编:林红磊)

“毅力号”搭载了7个主要的科学仪器来完成它的使命,包括夏洛克紫外拉曼/荧光光谱仪、X射线光谱仪、制氧仪、次表层雷达、可缩放全景相机、超级相机(激光微相机)和气象台站。下面我们来具体了解下这些装备。

“毅力号”火星车上的7中主要仪器(图源:NASA)

“生命大侦探”——宜居性环境有机物和化学组成的拉曼和荧光扫描仪。从名字中就可以看出它的功能,它是完成“毅力号”使命的最重要法宝,安装在火星车的机械臂末端,利用相机、光谱仪和激光来寻找被水环境改变的有机物和矿物,这些有机物和矿物质可能记录了过去微生物生命的迹象。这个仪器的英文缩写正好是SHERLOC,和大侦探夏洛克·福尔摩斯的名字几乎一模一样。因此,也就有了夏洛克的昵称。洛克就像侦探在犯罪现场寻找线索一样,用紫外激光识别有机化学物质,它白天和晚上均可以工作。夏洛克可以在比目标高出5厘米的地方采集数据,距离近又不会破坏目标。像侦探一样,夏洛克有一个“放大镜”,可以看到细节。此外,夏洛克还携带了小块的宇航服材料,一方面可以为仪器定标,另一方面观察这些材料在恶劣的火星环境中是如何变化的。有夏洛克的地方当然少不了华生(WATSON), 在“毅力号”上真有一台叫“华生”的彩色相机,和夏洛克配套,用于拍摄岩石颗粒和表面纹理的高清图像。这就是科学家的幽默吧。两位神探的加持,是“毅力号”完成使命最可靠的保障。

在机械臂前端还安装有另外一个装备——PIXL,包括一台X射线光谱仪和一台相机。这套装备也大有来头,它和餐盒差不多大,重约4.5公斤,要知道完成同样工作的实验室设备重量可能超过225公斤!它通过将X射线束聚焦到目标岩石或火壤上一粒食盐大小的点上,对诱发的X射线荧光进行分析,从而在亚毫米尺度上快速测量岩石的化学元素组成。X射线光束能够像讲解PPT时的激光笔一样移动。相机则协同拍摄岩石和火壤纹理的超级特写照片。这些信息有助于科学家寻找火星上过去微生物生命的迹象。

地球大气层的氧含量约为21%,相比之下,火星大气中的气体主要是96%的二氧化碳,氧含量只有0.13%。在火星上生产氧气可以帮助人类呼吸和用作火箭的推进剂。“毅力号”也在为人类登陆火星做准备,携带了一个制氧设备MOXIE(莫克西),全名是“火星氧气原位资源利用实验”。它可以从二氧化碳中制造氧气,像植物一样吸入二氧化碳,呼出氧气。莫克西只有汽车电池那么大,当然这次只是先试验一下,未来支持人类在火星上执行任务的氧气生成器必须要再大100倍左右,因为从火星发射火箭回地球需要33到50吨的液氧燃料,大约相当于一架航天飞机的重量。如果能“就地制造”,以后人类去火星就可以轻装上路了。

“毅力号”还携带了次表层雷达,利用雷达波探测火星地下的结构,旨在从火星表面获得高分辨率的地下地层信息。说到雷达我们并不陌生,科学家们经常使用雷达来寻找地球上的地下物体,比如两极冰川、地雷、地下电缆、电线、管道等。我国的嫦娥三号和嫦娥四号月球车上也搭载了不同频率的雷达,并获得了月球地下的结构信息。“毅力号”的次表层雷达可以探测到火星地下10米以上的冰、水或卤水,这有助于科学家了解火星上存在生命的可能,也为未来人类登陆火星寻找资源。值得一提的是,“天问一号”火星车上也携带了次表层雷达,相信两个火星车在不同地点对火星地下未知世界的探索,将会让我们对火星演化历史产生新的认识。

“毅力号”有两台重要的相机,超级相机(激光微相机)可缩放全景相机。超级相机使用光学遥感测量和激光光谱学来确定火星表面的精细矿物学、化学以及原子和分子组成。它可以在超过7米的距离内识别小至铅笔尖的目标的化学和矿物组成,这让火星车可以研究机械臂触摸不到的地方。可缩放全景相机是安装在“毅力号”火星车上的桅杆式摄像系统,该系统配有变焦功能。摄像头可以放大、对焦、高速拍摄3D照片和视频,以便对远处的物体进行详细探测。它能告诉我们周围哪些岩石和火壤值得用火星车的其他仪器进行更仔细的探测,或者钻探岩芯样本并将其储存。全景相机还可以帮助科学家们了解火星车周围的地形,寻找古代湖泊、河流以及其他与水有关的特征,这些线索有助于揭示火星在早期是否存在微小的生命形式。加上这两台相机,“毅力号”火星车上共装备了23台相机,可以说是真正的“眼观六路”了。

当然,“毅力号”还可以“耳听八方”,火星车上安装了一个气象台站,可以进行风速、风向、温度和湿度等气象参数的测量,还能够测算火星大气中灰尘颗粒的数量和大小。火星是一颗沙尘暴肆虐的行星,只有充分了解沙尘在不同时间和不同条件下的运动特征,我们才能对火星表面被沙尘主导的天气状况进行预测。气象台站帮助我们了解火星上的尘埃循环及其对天气的影响,帮助宇航员了解他们在火星上将面临的天气状况,还可以帮助科学家理解太阳风和宇宙辐射是如何改变火星岩石中过去存在生命的痕迹的。上面的湿度传感器还可以告诉我们火壤和大气之间是如何进行水蒸气交换的。

综上所述,耗资24亿美金的“毅力号”火星车可谓是装备精良,为寻找火星过去微生物生命迹象而生,敬请拭目以待。

内容来源:腾讯科技

出处:物联中国
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