十年取一件的最慢快遞_風聞

　　原作：EMILY LAKDAWALLA

　　編譯：王延昕

　　校譯：DAIKIN-小璞

　　編排：關關

　　後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

　　原文鏈接：

　　https://skyandtelescope.org/astronomy-news/three-missions-head-for-mars

好奇號在火星留下的印記 圖源：NASA/JPL-Caltech

　　2021多國入侵火星

　　每26個月地球人才能碰上前往火星的最佳發射機會，今年的7至8月間便是最近一次的發射窗口。在此期間，有三個國家成功地發射了航天器前往火星。如果一切順利，在2021年地球人將在火星新部署兩架軌道飛行器，一架着陸器和兩輛火星車。目前有六架軌道飛行器、一架着陸器和一輛火星車仍然在火星軌道和表面工作着。

　　自1997年以來，來自地球的無人航天器便開始一直環繞火星。無數次的飛行任務之後，科學家終於製作出火星的全球反照率特徵圖和地形圖，由此證明了火星有淺層地下冰，並且曾在遠古的很長一段時間裏有着宜居的環境。在此基礎上，NASA希望通過其毅力號火星車從尋找可居住環境更進一步，去尋找生命本身並採集各類樣本。

　　火星與地球：異卵雙胞胎？

　　NASA的毅力號代表着過去二十年火星探索策略將發生重大轉變，之前的任務包括NASA的火星環球勘測者、給擔任中繼的火星奧德賽和火星勘測軌道飛行器以及歐空局的火星快車。這些任務讓我們瞭解這樣的一顆紅色星球：火星和地球最初是非常相似的行星，但在35到40億年前發生了分化。這些觀點得到了勇氣號、機遇號和好奇號火星車的印證和拓展，它們實地研究調查了來自軌道飛行器的觀測數據，在火星表面找到了過去充滿水和可能維持生命的環境的確鑿證據。

　　在演變分化之前，地球和火星上遍佈活躍的火山，擁有以二氧化碳為主的大氣，並且保持水循環。但隨後，火星的發電機作用停止導致磁場消失，繼而使火星喪失屏蔽太陽輻射的防護罩。這顆比地球小得多的星球很快失去了大部分大氣層。目前MAVEN和ExoMars TGO軌道飛行器仍在研究持續損失的火星空氣。

　　之後火山持續將有毒氣體排放到天空，因此火星之水在其最後階段的呈現方式是在寒冷沙漠上出現罕見的酸性降雨。現在的火星地表環境正在被強烈氧化，並且飽受太陽輻射，阻礙了生命的發展。火星上任何假定的生命都必須避開這種惡劣的環境，也許是在地下。不管怎麼説，當地球生命起源於35億年前的某個時候時，火星在相似的時間有與地球相似的環境，那麼火星生命是否也應該在那時開始？

　　在這位藝術家的演繹中，NASA的毅力號正在研究火星岩石。在機械臂的末端名為SHERLOC的拉曼光譜儀將用於尋找含碳化合物。

　　不幸的是，我們幾乎無法造訪地球的那個時代，因為如此高齡的岩石甚是罕見。在經歷數十億年的板塊構造、風化和侵蝕後，所剩無幾的極少數地貌也都發生了巨大變化。

　　但是火星的乾旱地表則保留得比地球的要好得多。毅力號火星車將穿越不同地點，包括在潮濕環境中形成的古老岩石地貌。科學家們不僅計劃尋找火星上過去生命的證據，而且還計劃更多地瞭解地球上生命開始時火星的環境條件。

　　舊瓶新酒

　　毅力號看起來很像其前身好奇號,但是它所攜帶的儀器是全新的，其任務目標也有很大不同。好奇號更像是一個火星科學實驗室，對其腹部下方的火星表面的岩石樣本進行細緻的分析。相比之下，毅力號並沒有這樣的內部實驗室。相反，它將獲取並記錄樣本，以備將來返回地球進行更深入的分析。

　　重達1,050千克的毅力號是有史以來最重的火星探測器，比好奇號要重17％，而大部分重量都在儀器上：

　　1. 與好奇號相比，毅力號升級了科學相機（終於具有變焦功能啦！）和天氣傳感器。

　　2. 機械臂上的X射線岩石化學行星儀器（PIXL）在好奇號的元素感應Alpha粒子X射線光譜儀上進行了改進。

　　3. 毅力號用於導航的寬視場工程攝像機比好奇號的攝像機要好得多。

　　4. 用於火星地下實驗雷達成像儀（RIMFAX）對地下成像技術進行了重大升級。

　　在所有新儀器中，也許最令人興奮的是兩台拉曼光譜儀：一台是安裝在桅杆上的SuperCam，另一台SHERLOC安裝在機器人手臂的末端，其全稱是“用拉曼和亮度掃描含有有機化學物質的宜居環境”（Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals , SHERLOC）。（小編注：拉曼光譜儀可以靈敏地檢測出含碳化合物，包括具有生物學意義的化合物。）

　　SuperCam是好奇號ChemCam的升級版，可以用激光轟擊岩石，它將幫助毅力號的團隊確定哪些岩石可能具有生物學特徵。而SHERLOC也具有來自“好奇號”火星機械臂透鏡成像儀以獲取岩石樣本的高分辨率特寫圖像。

毅力號將搭載23台攝像機，其中7台專門用於科學目的，還有一個樣本暫存系統，該系統將打包並放置樣本以供未來的任務將其帶回家。除此以外，它還攜帶五種儀器，旨在探索古代湖盆中水和化學的歷史。 圖源：NASA / JPL-CALTECH

　　為了讓整個任務獲得圓滿成功，僅保證順利進行着陸遠遠不夠。NASA的火星數據中繼軌道器網絡已顯得老態龍鍾,連好奇號都在頻繁地借用歐空局的ExoMars TGO進行通信。毅力號的到來給火星奧德賽和MRO帶來了不小壓力，但也將為歐空局提供了寶貴的經驗，以用於他們未來的ExoMars着陸器的數據中繼。下一顆能夠為火星着陸任務提供通信中繼的新型NASA軌道飛行器估計要到2027年才能到達火星。

　　毅力號：我就是來挖礦的

　　當地時間2021年2月18日下午，毅力號將進入火星大氣層開始“恐怖7分鐘”。隔熱罩會降低一些下墜速度，降落傘被拉出作進一步減速。接着隔熱罩分離啓動下降高度雷達，在合適高度上天空起重機攜帶毅力號與背部整流罩分離，在火箭發動機的作用下天空起重機逐步減速並懸停。最後，天空起重機用纜繩將毅力號穩穩地降到地面上，一旦接地停穩毅力號會自動切斷電纜，使天空起重機能夠飛離並降落至安全距離。

2019年9月為毅力號準備的天空起重機在JPL的庫房內成功進行分離火星車測試。圖源：NASA/JPL

　　這一次工程師們通過相對地形導航來升級着陸技術，該航天器具有額外的攝像頭和機載處理能力，可以確定位於着陸橢圓半徑內的大岩石或沙坑等危險地帶的位置，並可繞開它們安全着陸。

　　着陸後，毅力號會發現自己位於名為耶澤羅（Jezero）的隕擊坑內。在耶澤羅的任務目標是“探索古代火山口湖盆地和相關三角洲環境中的水和化學歷史，以探究早期的火星氣候並尋找生命”。毅力號團隊希望對包含生物特徵的岩石進行採樣，以證明古代生命的存在。

　　在毅力號採集第一個樣本之前還將執行一系列測試性活動，包括有史以來第一架火星直升機靈巧號的飛行。本次靈巧號直升機的測試僅作為一項實驗性技術驗證，不需要為總體任務而工作。這就像1997年的火星探路者所攜帶的僅重10.6千克的“旅居者”火星車一樣，目的是為將來的探索鋪平道路。使用直升機可能會在新火星任務的早期階段上演最戲劇性的時刻。

　　靈巧號火星直升機將陪伴毅力號前往耶澤羅隕擊坑。儘管該飛行器主要是技術演示，但它確實裝有相機，並且可以在短暫飛行期間拍攝前方待穿越區域。

　　靈巧號微型直升機的重量僅為1.8千克，卻具有直徑達1.2米的共軸反槳碳纖維葉片。它會從火星車的底部釋放，待火星車駛離安全距離後才開始運行。直升機飛到足以拍攝潛在穿越區域的高度，拍完照後就落下，然後進行充電為幾天後的再次升空做好準備。每次飛行過程不超過一分半鐘，而它的設計目標僅為5次飛行，但是一次失敗的降落可能就會提早終結直升機的任務。

　　一旦毅力號獲得了第一個樣本後便會駛向三角洲地區的其他岩石地帶。地質學家們非常瞭解三角洲。因此，他們確切地知道如何遍歷耶澤羅隕擊坑去獲得足夠的樣本。如果一切按計劃進行，那麼毅力號將在原定任務結束時即登陸後一年（地球日687天）到達隕擊坑邊緣，並在這段時間內收集和暫存至少20個不同的樣本。

　　如果屆時毅力號的狀態依然良好，它將繼續超期服役，而任務小組將繼續研究周圍的基岩，該基岩提供了形成三角洲的沉積物。在此拓展任務期毅力號還能再存儲多達23個其他樣本。

　　最慢的上門取件快遞

　　毅力號採集的所有樣本將靜靜等待下一次上門取件任務。目前NASA的計劃是在2026年發射兩次後續任務：一顆返回式軌道飛行器將在2027年到達並充當通信中繼站；次年即2028年，一個獨立的樣本收取任務將帶着一台着陸器和火星車抵達火星。新的火星車從毅力號獲取樣本並將其運送到着陸器，而着陸器則依次將樣本裝載入火星上升飛行器，後者會在2029年將樣品送入軌道飛行器，最終返回式軌道飛行器把樣品艙發往地球，並在2031年將其送達地球。

　　從2021年火星上採集樣本，到2031年地球收到樣本，小編認為這可能是最遙遠最慢的快遞業務了。。。

　　隨着人類的不斷探索，將火星岩石樣本暫存在密封的容器中至關重要。當人類最終到達時，他們將隨身攜帶大量的地球微生物，相比程控着陸器，這將給火星帶來更大的污染風險。

　　如果我們真發現了火星上的生命，那會是真正的火星物種嗎？還是各類探測器帶去的地球物種變異？

『天文時刻』 牧夫出品

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Image Credit & Copyright: David Duarte and Romualdo Caldas