“好奇”號(hào)火星車的利器

■ 楊孝文

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2011年11月26日，美國航空航天局的核動(dòng)力火星車“好奇”號(hào)在卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。這輛火星車重1噸，將把火星探測(cè)提升到一個(gè)新的高度。“好奇”號(hào)的體積與一輛汽車相當(dāng)，是美國航空航天局耗資25億美元的“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”任務(wù)的核心，其主要任務(wù)是評(píng)估當(dāng)前以及過去的火星是否支持微生物的存在。“好奇”號(hào)計(jì)劃于2012年8月登陸火星，屆時(shí)將利用其攜帶的11種不同科學(xué)儀器幫助科學(xué)家解答這個(gè)問題。

1.桅桿相機(jī)

桅桿相機(jī)（以下簡稱MastCam）是“好奇”號(hào)的主要成像工具，負(fù)責(zé)拍攝火星地貌的高解析度彩色照片和視頻，供科學(xué)家進(jìn)行分析。MastCam由兩個(gè)照相系統(tǒng)構(gòu)成，安裝在“好奇”號(hào)主車身上方的一根桅桿上。當(dāng)“好奇”號(hào)在火星表面行進(jìn)時(shí)，MastCam能夠獲得很好的視野。MastCam拍攝的照片將幫助任務(wù)組驅(qū)動(dòng)和操控“好奇”號(hào)。

2.火星手持透鏡成像儀

火星手持透鏡成像儀（以下簡稱MAHLI）的功能相當(dāng)于一個(gè)超級(jí)放大鏡，可以幫助地球上的科學(xué)家更細(xì)致地觀察火星上的巖石和土壤。這臺(tái)儀器可以拍攝小到只有12.5微米（不及一根人發(fā)的直徑）的地貌特征的彩色照片。MAHLI安裝在“好奇”號(hào)5關(guān)節(jié)約2.1米機(jī)械臂的末端，本身就是一個(gè)工程學(xué)奇跡。形象地說，這臺(tái)儀器就是科學(xué)家的一個(gè)高科技手持透鏡，將對(duì)準(zhǔn)他們希望對(duì)準(zhǔn)的任何地方。

3.火星降落成像儀

火星降落成像儀（以下簡稱MARDI）是一臺(tái)小型攝影機(jī)，安裝在“好奇”號(hào)的主車身上，負(fù)責(zé)拍攝“好奇”號(hào)降落在火星地面這一過程的影像。屆時(shí)，這輛火星車將借助一個(gè)懸浮的火箭動(dòng)力太空起重機(jī)完成降落。MARDI將在“好奇”號(hào)距離火星地表1600米或3200米時(shí)啟動(dòng)，此時(shí)的“好奇”號(hào)將丟棄隔熱板。在“好奇”號(hào)觸地前，這臺(tái)儀器將以每秒5幀的速度拍攝影像。MARDI拍攝的影像將幫助“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”任務(wù)組規(guī)劃“好奇”號(hào)的火星之旅，同時(shí)為科學(xué)家提供登陸地——直徑約16千米的蓋爾隕坑——的地質(zhì)信息。

4.火星樣本分析儀

火星樣本分析儀（以下簡稱SAM）是“好奇”號(hào)的“心臟”，重約 38千克，占到“好奇”號(hào)所攜帶科學(xué)儀器總重量的1/2左右。SAM由三個(gè)獨(dú)立的儀器構(gòu)成，分別是質(zhì)譜儀、氣相色譜儀和激光分光計(jì)，負(fù)責(zé)搜尋構(gòu)成生命的要素——碳化合物。除此之外，它們還將搜尋與地球上的生命有關(guān)的其他元素，例如氫、氧和氮。

SAM安裝在“好奇”號(hào)主車身內(nèi)，“好奇”號(hào)的機(jī)械臂通過車外的一個(gè)進(jìn)口將樣本送入SAM。“好奇”號(hào)采集到的一些樣本將來自于巖石內(nèi)部，利用機(jī)械臂末端約5厘米的鉆頭鉆入巖石提取。迄今為止，人類所有登陸火星的火星車都沒有安裝可提取巖石內(nèi)部樣本的工具，因此，科學(xué)家對(duì)這個(gè)鉆頭既感到興奮，又充滿期待。“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、美國航空航天局位于加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的喬伊·克里斯普表示：“對(duì)于一名研究巖石的地質(zhì)學(xué)家而言，沒有什么能夠比獲取巖石內(nèi)部樣本更讓他感到興奮的了。”

5.化學(xué)與礦物學(xué)分析儀

化學(xué)與礦物學(xué)分析儀（以下簡稱CheMin）可用于確定火星上的礦物類型和數(shù)量，幫助科學(xué)家進(jìn)一步了解這顆紅色星球過去的環(huán)境。與SAM一樣，“好奇”號(hào)的機(jī)械臂通過車外的一個(gè)進(jìn)口將樣本送入CheMin進(jìn)行分析。分析時(shí)，這臺(tái)儀器向樣本發(fā)射X射線，根據(jù)X射線的衍射確定礦物的晶體結(jié)構(gòu)。克里斯普在接受采訪時(shí)表示：“在我們看來，這就像是在變魔術(shù)。”X射線衍射是地質(zhì)學(xué)家常用的一種重要的分析技術(shù)，從未在火星上使用過。CheMin將幫助“好奇”號(hào)進(jìn)一步了解火星礦物的特征，超過它的前輩“機(jī)遇”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車。

6.化學(xué)與攝像機(jī)儀器

化學(xué)與攝像機(jī)儀器（以下簡稱ChemCam）可以向約9米外的火星巖石發(fā)射激光使其蒸發(fā)，而后分析蒸發(fā)的巖石成分。此外，ChemCam同樣可以幫助任務(wù)組遠(yuǎn)距離確定是否應(yīng)該派遣“好奇”號(hào)前往一個(gè)特定的地帶進(jìn)行探測(cè)。ChemCam由幾個(gè)不同組件構(gòu)成：激光器安裝在“好奇”號(hào)桅桿上，旁邊是一臺(tái)攝像機(jī)和一架小型望遠(yuǎn)鏡；三臺(tái)光譜儀安裝在車身上，通過光纖與桅桿上的設(shè)備相連，負(fù)責(zé)分析蒸發(fā)的巖石樣本中受激電子發(fā)出的光線。

7.阿爾法粒子X射線分光計(jì)

“好奇”號(hào)預(yù)期著陸的概念圖

阿爾法粒子X射線分光計(jì)（以下簡稱APXS）安裝在“好奇”號(hào)機(jī)械臂末端，負(fù)責(zé)測(cè)量火星巖石和泥土中不同化學(xué)元素的數(shù)量。屆時(shí)，“好奇”號(hào)將讓APXS與樣本接觸，APXS通過發(fā)射X射線和氦核進(jìn)行分析。這些“彈藥”能夠?qū)颖局械碾娮幼渤鲕壍溃M(jìn)而產(chǎn)生X射線。根據(jù)放射出的X射線的特征能量，科學(xué)家能夠確定元素的類型。“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)安裝了早期版本的APXS，用于揭示水在火星地貌形成過程中扮演的角色。

8.中子反照率動(dòng)態(tài)探測(cè)器

中子反照率動(dòng)態(tài)探測(cè)器（以下簡稱DAN）安裝在“好奇”號(hào)主車身背部附近，將幫助火星車尋找火星地下的冰和含水礦物質(zhì)。這臺(tái)儀器將向地面發(fā)射中子束，而后記錄下中子束的反彈速度。氫原子往往延緩中子的速度，如果大量中子速度遲緩，便說明地下可能存在水或者冰。DAN能夠發(fā)現(xiàn)地下約2米深處濃度只有0.1%的水。

9.輻射評(píng)估探測(cè)器

輻射評(píng)估探測(cè)器（以下簡稱RAD）的體積與一臺(tái)烤面包機(jī)相當(dāng)，在設(shè)計(jì)上用于幫助準(zhǔn)備未來的火星探索任務(wù)。這臺(tái)儀器負(fù)責(zé)測(cè)量和確定火星上所有類型的高能輻射，包括快速移動(dòng)的質(zhì)子和伽馬射線。RAD的觀測(cè)數(shù)據(jù)可以幫助科學(xué)家確定宇航員暴露在火星環(huán)境下時(shí)將受到多大劑量的輻射。此外，這一信息也有助于科學(xué)家了解輻射環(huán)境對(duì)火星生命的產(chǎn)生和進(jìn)化構(gòu)成多大障礙。

10.火星車環(huán)境監(jiān)測(cè)站

火星車環(huán)境監(jiān)測(cè)站（以下簡稱REMS）安裝在“好奇”號(hào)桅桿中部，是一座火星天氣監(jiān)測(cè)站，負(fù)責(zé)測(cè)量大氣壓、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向、空氣溫度、地面溫度以及紫外輻射。所有這些數(shù)據(jù)會(huì)聚成每日和每季報(bào)告，幫助科學(xué)家詳細(xì)了解火星環(huán)境。

11.進(jìn)入、降落與著陸儀

火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入、降落與著陸儀（以下簡稱MEDLI）并不是“好奇”號(hào)攜帶的儀器之一。這一裝置內(nèi)置在隔熱板中，負(fù)責(zé)在“好奇”號(hào)穿過火星大氣層時(shí)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。在“好奇”號(hào)穿過火星大氣層的過程中，MEDLI也負(fù)責(zé)測(cè)量隔熱板經(jīng)受的溫度和壓力。這些信息將幫助工程師了解隔熱板的狀況，同時(shí)利用這些數(shù)據(jù)改進(jìn)未來的火星探測(cè)器。