再访近邻:“洞察”号着陆火星

  • 何幸
  • 日期:2018-12-28
  • 1150

       与奔波宇宙九年才得以一瞥冥王星动人面庞的“新视野”号相比,“洞察”号(InSight)六个多月的航程似乎“短途”而“轻松”:

       从加州中部的范登堡空军基地升空,飞行4.82亿公里,然后穿越远比地球灼热而又稀薄的火星大气层,一边急刹车一边给自己降温,迎着沙尘,“洞察”号终于平稳地着陆在了埃律西昂平原(Elysium Plain)。NASA长舒一口气,他们完成了第8次成功着陆火星的探测任务,至此,NASA的火星着陆成功率可算突破五成。

连“眼睛”都没睁开(镜头防尘盖没有打开)“洞察”号就急忙发出了第一张照片

 

火星知识,了解一下

 

       作为太阳系中离地球极近的类地行星,火星以其与地球相似的外部空间环境和行星物理化学属性成为了国际深空探测任务乃至人类星际移民的首要目标。想象一番,与地球相近的自转周期让你几乎不用改变“朝九晚五”的生活方式;二氧化碳为主的大气也让你亲切得想去呼吸(虽然那儿没有充足的氧气);四处飘飞的沙尘像极了重度污染的天气,看来咱们邻居家的状况虽说算不上舒适,待着也还有点“宾至如归”的感觉。

       尽管体积只有地球的九分之一,火星出行也不能纯靠走路,于是各国争相发射“火星车”上去打好交通基础——当然,这是句玩笑话。“火星车”只是个能移动的探测器,目的是拍摄火星的地形构造,探测火星的温度、矿物与生命迹象,给未来宇航员登陆火星探路。

自20世纪60年代以来国际火星探测中较为成功的探测器

人类派出的“火星先遣队”状况一览

 

火星着陆——运筹帷幄之中,着陆亿里之外

 

       地球与火星的最近距离有5500万公里,“洞察”号传播信号最快也要数分钟的时间,着陆前让NASA远程操纵变轨倒还可行,着陆过程中可就无法根据大气层的状况实时操控了:飞行时速需要在7分钟内从19800公里降至8公里,而在这7分钟中,一切的操作程序都只能按预先设置进行。

       更何况,火星大气算得上是最让科学家头疼的大气层了:不到地球1%的大气密度难以成为减速的得力助手,必须依靠降落伞与反冲火箭;但与完全没有大气作用的月球相比,探测器与火星大气的摩擦又会产生大量的热量,为防止被1500℃的高温摧毁,隔热盾也必不可少。多重防护之下,“洞察“号终于抵达了岗位。

 

开工了!

 

       “洞察号”的任务是 “通过地震调查、测地学及热传导来实施对于火星内部结构的探测”,这是首个研究火星内部的探测任务,也是美国火星无人探测项目的重要部分。身负三项任务,“洞察”号也相应的搭载了三件法宝:地震仪(SEIS)、热流和物理性质探测仪(HP3)以及“旋转和内部结构实验仪”(RISE),要把火星探索的明明白白。

主要科学仪器在“洞察”号上的位置

1)“洞察号”的地震仪(SEIS)在MRO高分辨率探测器的配合之下有着极高的灵敏度。它在洞察号着陆后就被固定在火星表面,用一个罩子来减少外界干扰。地震仪通过测量不同地层的地震波传来的时间差,进而反推出内部地层的厚度和密度。但火星的板块运动极少,且难以判断这些震动的震源位置,因此,“洞察号”的主要探测目标是另一个重要的火星地震源:火流星空爆事件。预计洞察号每年可以探测大约十至两百起空爆事件,这将有利于实现“测量陨石对火星表面撞击率”的一级任务目标。

火流星空爆是指直径达1米以上的流星体进入大气层,由于与大气之间摩擦,流星体开始烧蚀,最后引发空爆,导致流星体瓦解的一种现象。

2)热流和物理性质探测仪(HP3)则像一支温度计,通过锤击,这支温度计的探头可以到达火星地下3至5米处,进而探测火星地热传导与地热梯度,根据测量结果计算验证现有的热效应模型,这可以帮助我们推演出火星的热演化历史。

3)而“旋转和内部结构实验仪”(RISE)可以通过火星与地球间的无线电传输,来评估火星绕轴旋转产生的扰动,进而提供行星旋转的精准测量数据,这些自转参数对于研究行星内部构造具有重要参考价值。

       除此之外,“洞察”号上还有两对CP:

       一对是两颗“双胞胎”立方星“伊娃”和“瓦力”(得名于《机器人总动员》),它们在“洞察”号着陆时,把远距离遥测结果直接发回地球。

立方星“伊娃”和“瓦力”

       另一对则是位于机械臂上,用来寻找合适工作地点的仪器调度相机(IDC)和安装于着陆器底部,拥有广角观察能力的仪器环境相机(ICC)。前文NASA推文中那张模糊的照片便是由着急的ICC所发,而不紧不慢的IDC发回的第一张成果就是高清大图。

IDC首张拍摄照片

 

研究意义

 

       此次火星探测任务,对于探测火星内部构造和探究岩质行星的形成和演化过程具有重要意义。

       NASA介绍,火星曾是一颗温暖湿润的岩石质行星,距今40亿年至27亿年间,火星气候环境发生了巨大变化。科学家希望通过“洞察”号对火星内核的探测,揭开火星巨变的原因。NASA总部行星科学部代理主任劳瑞·格雷兹说,我们期待“洞察”号着陆后收集到有关火星内部结构的有价值信息,这将有助于了解包括地球在内的岩石行星的形成和演变。

       “洞察”号着陆器携带的探测仪器提供了最直接有效的火星地质探测方式,也保证了探测信息获取的准确性和快速性。人类对于类地行星的探测不再限制于行星轨道的观测和表面巡视探测,而是真正走进行星“内心世界”,逐步摆脱轮廓性、推理性的初级探索阶段,使深入研究行星的过去、现在和未来成为可能。

——季江徽,黄秀敏.“洞察号”启程探索火星内部世界[J].科学通报,2018,63(26):2678-2685

 

这回哪些人上了天?

 

       与之前NASA的许多任务一样,NASA面向所有地球人征集了姓名。最终,全世界有243万人(的名字),得到了前往火星的登机牌,这其中包括26万中国人,他们的名字被储存在一枚芯片中,跟随洞察号,一同飞向了这颗红色的神秘邻星。如果你错过了这次上天的机会,不用担心,2020年的火星发射窗口也会有征名活动哦~

 

 

 

 

文字:王玮桐、杨浩

图片:王玮桐、杨浩

编辑:王玮桐