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洞察号探测器将要升空 它要去土星抓娃娃

11月26日,洞察号将在火星的北半球着陆,收集与火星外壳、幔和核有关的数据。 它能够监听火星地壳活动和陨石撞击发出的声音。

11月26日,美国宇航局的“洞察”号火星探测器安全降落在这颗红色星球的表面。这是人类迄今为止向火星发射的第一架地质物理探测器,将执行探究火星“内心深处”的任务。

图片 1 NASA的洞察号火星着陆器,将测量火星上的地震波,并深入火星土壤测量内部的温度。图片来源:NASA/JPL-CALTECH

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当地时间上午11点53分,位于加利福尼亚州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室任务控制中心确认了这架三条腿的探测器在火星埃律西昂平原成功着陆。“洞察”号项目团队成员相互击掌,兴奋不已。几个小时后,项目负责人宣布“洞察”号探测器的太阳能电池板部署成功,这是其收集科学数据的必要步骤。

(艾麦乐 编译)NASA即将向火星表面派出一艘航天器,自2011年好奇号登陆火星以来,这还是头一次。着陆任务总是让人兴奋:人人都爱火星车,着迷于来自其他星球的全景图像。然而,NASA最新的这位行星际使者不会在火星表面作任何旅行(这是一台着陆器,而不是火星车)。尽管它有可能会拍摄一些照片,展现梦幻般的火星景观,但火星地表并不是它的目标。

洞察号将于今年11月26日着陆在火星。如果一切顺利,它将进行为期2个地球年的探测,收集来自火星内部的数据。NASA

探测器着陆的每一步都是按计划进行的,这一过程持续了不到7分钟。其间,“洞察”号探测器打开了降落伞,扔掉了隔热板,启动12个引擎帮助自身减速。

名为洞察号(InSight)的这台火星着陆器,将执行首个深入到火星内部的探测任务。它将对火星进行全面的地球物理调查,帮助科学家回答一系列相关的问题,涉及到这颗红色行星和太阳系内其他岩石星球的形成、演化及物质构成。

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“这是快乐的。着陆器并没有抱怨。”JPL总工程师Rob Manning表示,“它将在火星上度过午后的时光。”

在火星上玩抓娃娃机

洞察号定于本月发射升空,发射窗口将从5月5日开启。它将于今年11月26日抵达火星,并在火星赤道以北几度的一大片低洼平地上着陆。对于靠太阳能驱动的洞察号来说,这片名为埃律西昂平原(Elysium Planitia)的着陆地点将提供两大主要的好处:充足的阳光照射,以及平坦并且容易穿透的地形。在这里,洞察号将展开它的两块太阳能电池板,部署用于探测的硬件设备,安顿下来展开长达两年的工作。

使用长达2.4米的机械臂末端的五指抓斗,洞察号将从背板上抓取研究设备,将它们提到空中,再小心翼翼地放置到火星表面。安装在机械臂上的摄像头,和第二个更贴近地面的摄像头,将帮助洞察号的工程师了解着陆器周边的环境,规划如何部署它携带的研究设备。

“你在电子游戏厅里玩过抓娃娃机吗?”载荷系统工程师法拉‧阿力拜(Farah Alibay)问道,“基本上这就是我们要做的事情,只不过远在上千万公里以外。”这个过程需要数周的时间来准备、计划和实施。在喷气推进实验室的In-Situ Instrument实验室,任务规划人员可以在向火星发送指令前,先好好练习如何操纵着陆器。一旦洞察号团队实现了这一目标,那就将是第一次,人类使用机械臂在另一颗行星上安装硬件。

图片 4研究人员在实验室中测试洞察号部署设备的能力。这实际上类似于抓娃娃机,只不过要在上千万公里以外的火星上完成。图片来源:NASA

艺术家描绘的内部结构地震实验仪概念图。SEIS是洞察号携带的一台关键性设备。它能探测火星的地震和内部活动,让科学家更好地了解这颗行星的演化史和结构。NASA

“洞察”号探测器从火星表面传回的第一张照片展示了一个平坦、相对无岩石的景观,并一直延伸到地平线,前景中点缀着着陆时溅起的灰尘。Manning表示,这张照片意义重大,标志着“洞察”号探测器已经正式开始工作。

地震仪超灵敏,还必须很耐操

洞察号主要携带了两大设备,内部结构地震仪(SEIS)便是其中之一。这是一套极其灵敏的地震仪,设计用来检测地震波的大小、速度和频率。这些地震波由火星内部的错位和开裂产生,可以称之为火星地震。

“它不输给地球上我们拥有的任何一台地震仪。”洞察号项目主管汤姆‧霍夫曼(Tom Hoffman)如是说。它能测量出幅度小于一个氢原子宽度的地面位移。霍夫曼说,“如果火星上刚好有只蝴蝶,而且它极其轻微地落在了这台地震仪上,我们实际上有能力检测到这一点。”除了火星地震以外,它还能检测到其他的东西,包括液态水的流动,陨石的撞击,以及活火山喷出的烟流。

相对于它的灵敏度来说,SEIS算得上是相当耐操了。载荷系统首席工程师乔纳森‧格林布拉特(Johnathan Grinblat)说,“地球上设计的地震仪必须小心翼翼地处理和安放,然后再也不去触碰它。”而火星之旅注定会让SEIS遇到一些磕磕碰碰,特别是在火箭发射、进入大气、降落和着陆的过程中。格林布拉特说,“它将会振动,并经历很多的冲击,所以它必须耐操才行。”

它还必须承受剧烈的温度变化。在晴朗的夏日,火星赤道地区的气温可能达到20℃,而夜间又会回落到-70℃。正是看到了这一点,洞察号的工程师给设备套了一层又一层保护,就像俄罗斯套娃一样。第一层是真空密封的钛球,第二层是绝热的蜂窝状结构,第三层则是防风隔热穹顶,像一个高科技大锅盖一样罩在传感器外面。

图片 5洞察号携带的SEIS正在地球上的实验室里接受检测。很快,它将前往火星监测那里的地震。图片来源: CNES

太平洋夏令时5月5日凌晨4时零5分前后,北美西岸的人们将首次目睹一次行星际发射。一枚宇宙神5号火箭将从范登堡空军基地升空,把NASA的洞察号探测器送往火星。

与“洞察”号探测器一同飞行的两颗小型“立方体卫星”在着陆时传递了相关的消息。当探测器在火星大气层中呼啸而过时,这两颗小卫星被用来向地球传递近乎实时的信息。另一种较慢的方法则是等待一枚轨道航天器从附近掠过,并在收集信息几小时后将其传回地球。

钻入火星土壤,测量内部热量

一旦这些系统安装到位,洞察号就会用机械臂去够第二件设备——热流及物理特性探头,也被称为HP3。这个探头长达46厘米,实际上是一个自动钻探的巨型钉子。它将把自己钻入大约5米深的火星土壤深处,足以让它免受火星表面温度波动的影响。“科学家在地球上研究温度流动时,必须得钻得更深才行,”洞察号的副首席研究员苏姗妮‧斯姆雷卡尔(Suzanne Smrekar)说,因为潮湿的土壤会在地下深处传导热量。“所以相对而言,在火星上其实很容易。”

这话还是留着对探头去说吧。它需要花上几周的时间才能钻入火星的地下。在钻洞的过程中,它会定期暂停,测量周围土壤的热量传导效率。温度传感器将在系绳上追踪探头,就像把温度计串成一串项链。结合温度计的读数以及对热量传导率的测量,洞察号的科学家将了解到,有多少热量源自于火星的内部。不管有还是没有,这些热量将向研究人员透露,这颗行星由什么构成,它的成份与地球相比又有哪些差别。

图片 6源自于火星内部的热量,将透露这颗行星的内部构造及物质构成。图片来源:NASA

虽然发射只是征程的开始,但从另一个角度来看,却也是另一个征程的结束。此次发射原计划2016年进行,却因关键设备出了问题而被推迟。5月5日的发射是洞察号的第二次机会。

“洞察”号探测器的主要任务是测量在这颗行星上波动的“火震”,从而揭示火星是如何分裂成核、幔和壳的。科学家进而可以利用这些信息推断火星和地球在过去45亿年间是分别如何进化的。

前往火星危机重重

不过,在洞察号测量火星上的温度并探测那里的地震之前,它必须先过发射这一关,勇敢地直面行星际空间的一片荒芜。让人兴奋?毫无疑问。但同时,“关于去火星,一切都很可怕。”阿力拜说,“我们要乘坐火箭发射升空,而火箭基本上就是受控的炸弹。接下来,我们要在真空中航行6个月,持续遭受来自太阳的高能带电粒子的轰击。我们要前往一颗我们必须要瞄准的行星,因为一旦错过,就回不了头了。我们还必须要着陆。而且就算到了火星表面,部署设备时,任何事情也都有可能出错。”

阿力拜不是悲观主义者。她是一位工程师,对她来说,预测失误和失算只是工作描述的一部分。此外,她也知道历史,火星任务的成功率还不到50%。她说,“这不是因为我们不知道自己要做什么,而是因为这确实很难。”

不过,这不会阻止NASA去尝试。毕竟,我们选择前往太空,并不是因为这很容易。(编辑:Steed)

科学家将利用洞察号收集与火星基本结构有关的信息,比如它的外壳厚度、幔和核的成份。这些信息有助于人们深化对岩石行星形成方式的认识。和地球不同,火星的外壳相当不活跃。地核物质的年龄绝不会超过1亿年,而火星从42至43亿年前开始,内部的活动就已经停止了。

这架造价9.94亿美元的火星探测器携带有6个地震传感器,它们由法国国家空间研究中心领导的一个国际团队制造。其中3个安装在着陆器甲板上,将在未来的日子里监测震动情况。这些传感器可以探测到火星风引起的震动,这种震动是1976年海盗号着陆器测量火星地震时听到的噪音的来源。

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