宇宙揭秘:火星車(chē)好奇號(hào)任務(wù)揭秘 嗅大氣尋甲烷

北京時(shí)間6月28日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)宇航局的火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(MSL)，即“好奇”號(hào)火星車(chē)目前正在飛往火星的路上，在不到一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)它便將抵達(dá)這顆紅色星球，這輛重達(dá)1噸的史上最大的火星車(chē)也將踏上火星的土地。

好奇號(hào)火星車(chē)采用核動(dòng)力，它的設(shè)計(jì)是希望能在火星上活動(dòng)一些新的發(fā)現(xiàn)。為此，它將全方位展開(kāi)行動(dòng)，它會(huì)鉆探并分析火星土壤進(jìn)行研究，尋找過(guò)去或現(xiàn)在水的線索，并確定這顆星球是否曾經(jīng)擁有過(guò)可以支撐生命生存的環(huán)境條件。

和好奇號(hào)相比，它的前輩們，美國(guó)宇航局先前的那幾輛火星車(chē)，如勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)簡(jiǎn)直相形見(jiàn)絀，至于1996年登上火星的第一輛火星車(chē)“索杰納”，好奇號(hào)的體型幾乎可以碾過(guò)它的身子。盡管好奇號(hào)的大身材讓科學(xué)家們得以加裝了10臺(tái)最新的探測(cè)設(shè)備，并且它能在火星表面漫游的距離也會(huì)遠(yuǎn)超它的前輩，但是要將這樣一個(gè)龐然大物安全送達(dá)火星也給工程師們提出了一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。

美國(guó)加州理工學(xué)院的地質(zhì)學(xué)家約翰·格洛岑格(John Grotzinger)是好奇號(hào)的項(xiàng)目科學(xué)家，他說(shuō)：“每次我們?cè)诨鹦巧习卜乓惠v新的火星車(chē)，我們理解火星地表性質(zhì)的能力就會(huì)突飛猛進(jìn)?！?/p>

盡管科學(xué)家們現(xiàn)在還并不清楚究竟什么樣的發(fā)現(xiàn)正在等待著他們，但他們心中對(duì)于自己希望能發(fā)現(xiàn)什么可都是一清二楚的。事實(shí)上，好奇號(hào)在抵達(dá)火星地表之后最初幾周內(nèi)要做的安排都已經(jīng)被非常仔細(xì)的計(jì)劃好了。好奇號(hào)一著陸，心急的科學(xué)家們就已經(jīng)有著長(zhǎng)長(zhǎng)的一串地點(diǎn)列表希望好奇號(hào)前往調(diào)查。預(yù)計(jì)好奇號(hào)將于8月5日在火星降落，科學(xué)家們已經(jīng)急不可耐。

驚心動(dòng)魄的降落

好奇號(hào)將首次使用一種被稱(chēng)作“天空起重機(jī)”的輔助設(shè)備幫助降落好奇號(hào)將首次使用一種被稱(chēng)作“天空起重機(jī)”的輔助設(shè)備幫助降落。當(dāng)好奇號(hào)沖入火星大氣層并迅速向地面墜落時(shí)，這一設(shè)備將會(huì)啟動(dòng)反沖發(fā)動(dòng)機(jī)幫助實(shí)現(xiàn)減速，它會(huì)吊起好奇號(hào)，懸停在距離地表約25英尺(約合7.6米)的高度，然后輕輕地將好奇號(hào)放置在火星地面上。這項(xiàng)著陸技術(shù)代表了目前人類(lèi)技術(shù)的最高極限，重達(dá)1噸的好奇號(hào)也將因此成為人類(lèi)送往火星地表著陸的最重的探測(cè)器。

不過(guò)這項(xiàng)新技術(shù)看來(lái)并沒(méi)有讓科學(xué)組的人們多么在意。格洛岑格說(shuō)：“事實(shí)上我們對(duì)于我們能掌握這種引導(dǎo)下的大氣層再入技術(shù)感到非常興奮?！彼J(rèn)為這樣做可以讓研究人員們得以比以往更加精確地在指定的地點(diǎn)降落。他說(shuō)：“人們對(duì)天空起重機(jī)技術(shù)感到擔(dān)憂(yōu)，不放心，但實(shí)際上從安全角度考慮，這其實(shí)是一種更好的著陸系統(tǒng)?！?/p>

伸展胳膊

伸展胳膊

就像是新生兒需要伸展一下自己的胳膊一樣，好奇號(hào)在抵達(dá)火星表面之后會(huì)伸出它攜帶的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。這輛火星車(chē)的最初6天工作日程已經(jīng)被計(jì)劃地細(xì)致入微。

對(duì)好奇號(hào)的作息生活安排需要確保它的所有設(shè)備能正常工作，確保能將土壤樣本的分析數(shù)據(jù)發(fā)回給地球上的科學(xué)家們。同樣是由于它的巨大和復(fù)雜性，先前的火星車(chē)一般在著陸后只需要一兩天的準(zhǔn)備后便可以正式開(kāi)展探索工作，而好奇號(hào)的卻需要幾乎一周時(shí)間才能完成所有測(cè)試工作。

據(jù)格洛岑格表示，在抵達(dá)火星的第一天，好奇號(hào)將對(duì)它搭載的設(shè)備開(kāi)展校正，并拍攝首張彩色圖像。他說(shuō)：“相機(jī)會(huì)對(duì)著外面，這樣我們就能看一眼著陸地周?chē)利惖木吧?，不管它指著哪個(gè)方向都行。”

而在第二天，好奇號(hào)會(huì)使用它所搭載的設(shè)備對(duì)著陸地的土壤成分進(jìn)行考察并拍攝著陸點(diǎn)周?chē)?60度全景照片。在初期的檢查過(guò)程中，好奇號(hào)會(huì)選定感興趣的點(diǎn)?？茖W(xué)組可能會(huì)決定要前往一個(gè)新的地點(diǎn)，在那里做一些鉆探或取樣任務(wù)，并進(jìn)行分析。

現(xiàn)在很有希望的是，好奇號(hào)可能會(huì)在一片沉積巖層基巖出露附近降落，若當(dāng)真如此將是令人興奮的。在地球上，這些巖石中常常保存著古代生物或有機(jī)質(zhì)遺跡的痕跡。如果火星上也有類(lèi)似的東西，在這樣的地方就有可能被發(fā)現(xiàn)。

在經(jīng)過(guò)最初的幾天之后，好奇號(hào)便會(huì)結(jié)束其初期的測(cè)試階段。格洛岑格表示：“在此期間我們會(huì)用到火星車(chē)上搭載的每一樣設(shè)備，這樣我們就有了把握，急著去開(kāi)始科學(xué)考察任務(wù)了?！?/p>

尋找甲烷

尋找甲烷

在過(guò)去的10年內(nèi)，科學(xué)家們注意到在火星大氣中存在著甲烷氣體，這讓他們感到非常奇怪。甲烷是一種簡(jiǎn)單的化合物，它之所以會(huì)引起科學(xué)家們的注意是因?yàn)橐话愣赃@種氣體在大氣中不穩(wěn)定，因而并不能長(zhǎng)期存在，而需要持續(xù)不斷的補(bǔ)充才能保持穩(wěn)定的含量。盡管火山噴發(fā)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生甲烷氣體，但是在地球上，活著的生命體同樣是產(chǎn)生這種氣體的主要來(lái)源。這樣的來(lái)源也可能存在于火星上嗎?

和往常一樣，有關(guān)這個(gè)問(wèn)題的答案同樣存在爭(zhēng)議。一些科學(xué)家表示他們絕對(duì)已經(jīng)探測(cè)到了甲烷氣體的存在，但是與此同時(shí)另外一些科學(xué)家則表示他們并沒(méi)有能探測(cè)到這一氣體的存在。而此次好奇號(hào)就將有望最終確認(rèn)這一爭(zhēng)論的結(jié)果。

在好奇號(hào)著陸后的前10天內(nèi)，這輛火星車(chē)將會(huì)根據(jù)指令“抬起頭”，嗅嗅空氣的“味道”。好奇號(hào)身上攜帶有一臺(tái)專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，可以對(duì)有機(jī)質(zhì)和大氣中的氣體成分進(jìn)行分析，尋找甲烷存在的蛛絲馬跡。

格洛岑格表示：“如果火星大氣中存在甲烷，這將是一項(xiàng)重大的發(fā)現(xiàn)?！边@樣一個(gè)發(fā)現(xiàn)將增加人們對(duì)于今日的火星上可能存在活體生命的看法。

甚至即便好奇號(hào)在它最初的嗅探中沒(méi)有檢測(cè)出任何東西，那也并不能就此否定甲烷說(shuō)。因?yàn)檫@種氣體可能是間歇性出現(xiàn)的，隨著季節(jié)性變化而變化。因此，出于這樣的考慮，好奇號(hào)會(huì)繼續(xù)對(duì)火星空氣成分進(jìn)行檢驗(yàn)，這樣的檢驗(yàn)將至少持續(xù)一個(gè)火星年(即地球上兩年)。而如果到了那個(gè)時(shí)候檢測(cè)的結(jié)果仍然是零，那么科學(xué)家們就將不得不回到最初的地方，重新開(kāi)始檢查為什么他們最初會(huì)認(rèn)定火星大氣中存在這種氣體的。

著陸區(qū)

著陸區(qū)

好奇號(hào)將在火星伽勒隕石坑內(nèi)著陸，這是一個(gè)古老的隕石坑，形成距今已有約35~40億年。這片區(qū)域已經(jīng)被火星軌道上的衛(wèi)星詳細(xì)觀察過(guò)，但是這里的巖石似乎擁有一些令人好奇的性質(zhì)組合：它們看上去非常明亮，但是與此同時(shí)它們卻又很容易被加熱升溫。

一般而言深色的巖石會(huì)比較容易吸收熱量從而導(dǎo)致快速的升溫，如熔巖流。而淺色的巖石一般都是多孔的，其中充滿(mǎn)空隙，因此其散熱性應(yīng)當(dāng)相當(dāng)好。因此，確定著陸區(qū)巖石的組成成分將是好奇號(hào)著陸之后面臨的第一項(xiàng)主要挑戰(zhàn)。

項(xiàng)目科學(xué)家格洛岑格說(shuō)：“剛抵達(dá)火星表面我們就直接到了一處我們非常感興趣的地點(diǎn)?！?/p>

科學(xué)家們認(rèn)為在數(shù)十億年前，伽勒隕石坑曾經(jīng)充滿(mǎn)了水，正是這些水的存在才讓好奇號(hào)今天的著陸區(qū)巖石變得如此多孔而明亮。一種可能性是在后期有水在這里的巖石中流過(guò)，留下了礦物沉積，使其密度增加并更易于儲(chǔ)存熱量。好奇號(hào)的考察將有希望幫助揭開(kāi)有關(guān)這一區(qū)域曾經(jīng)有水的歷史。

年輕的隕石坑

年輕的隕石坑

當(dāng)好奇號(hào)的輪子駛上火星的土地之后，它將計(jì)劃向著位于隕石坑中央的夏普山攀登(Mt. Sharp)。在它駛向山腳下的過(guò)程中，好奇號(hào)可能會(huì)路過(guò)一些較小的次級(jí)隕石坑，它們是在最近的10萬(wàn)年內(nèi)形成的。這些隕石坑可能會(huì)在撞擊中暴露出下層的巖石，科學(xué)組希望能借助這些隕石坑對(duì)這一地區(qū)的地質(zhì)情況有一個(gè)比較詳細(xì)的了解。

盡管好奇號(hào)裝備了鉆頭，但是這樣新鮮的撞擊坑將可以提供現(xiàn)成的理想窗口，讓我們得以一窺火星地表淺下方的基巖情況并確定這些巖層的組成，這一過(guò)程中將可以確定出很多礦物組分，這些信息將有助于評(píng)估這一地區(qū)的地質(zhì)歷史。

頁(yè)硅酸鹽

頁(yè)硅酸鹽

在著陸6~9個(gè)月后，好奇號(hào)火星車(chē)應(yīng)當(dāng)已經(jīng)抵達(dá)了夏普山的山腳下并開(kāi)始向上攀登。這座高出周?chē)?英里(約合4800米)的山塊實(shí)際上看上去更像是夏威夷那樣的盾狀火山。它的坡度很緩，因此火星車(chē)可以攀爬，只要沿著山坡向上行駛就可以了。

在靠近山腳下的地方，好奇號(hào)應(yīng)該會(huì)發(fā)現(xiàn)頁(yè)硅酸鹽，這是一種粘土礦物，它們一般是在富水的環(huán)境下生成的。對(duì)這些礦物進(jìn)行的考察將提供曾經(jīng)流淌在這一地區(qū)的水源的詳細(xì)信息，如這些水的酸度大約有多少?如果這些水是比較中性的，這將為火星上曾存在生命的可能性加分。

粘土同時(shí)還是過(guò)濾有機(jī)化合物的良好介質(zhì)。好奇號(hào)屆時(shí)將會(huì)使用抓手進(jìn)行取樣化驗(yàn)，搜尋有機(jī)碳化合物的蛛絲馬跡。但如果沒(méi)有找到碳，也不能完全排除這里曾經(jīng)存在生命的可能性。

即便在地球上，一個(gè)我們?cè)缫汛_認(rèn)存在著無(wú)數(shù)生命，并且在過(guò)去的數(shù)十億年間都一直在此繁衍生息的星球上，有機(jī)碳遺跡也是很難保留下來(lái)的。存在的一個(gè)問(wèn)題是，從巖石中流過(guò)的水流可能早已將可能曾經(jīng)存在的有關(guān)生命的線索沖刷得一干二凈了。

項(xiàng)目科學(xué)家格洛岑格說(shuō)：“在地球上我們學(xué)到了重要的一課，那就是有水的地方就有生命，但是有水的地方它也會(huì)毀掉任何證明生物存在的化學(xué)痕跡?！?/p>

奇怪的裂隙

奇怪的裂隙

一旦好奇號(hào)開(kāi)始攀登夏普山，它計(jì)劃前去幾個(gè)奇特的地點(diǎn)展開(kāi)考察。

翻過(guò)一座山脊之后，好奇號(hào)會(huì)突然遇到一個(gè)巨大的裂隙系統(tǒng)。這些裂隙系統(tǒng)是地質(zhì)活動(dòng)導(dǎo)致地面開(kāi)裂時(shí)形成的，它讓地面開(kāi)裂，形成一個(gè)巨大的長(zhǎng)方形，上面遍布深深的裂隙。在過(guò)去的數(shù)百萬(wàn)年間，這些裂隙中已經(jīng)被填滿(mǎn)了礦物。

之所以這一裂隙系統(tǒng)會(huì)引起科學(xué)家的關(guān)注是因?yàn)檫@樣一道裂隙系統(tǒng)可能可以為曾經(jīng)存在的生命體提供理想的地下居住環(huán)境。好奇號(hào)將使用鉆頭鉆透這些裂隙中的沉積層并進(jìn)行取樣，或許這就將揭開(kāi)古代火星生命生活在地下環(huán)境的證據(jù)。

好奇號(hào)火星車(chē)科學(xué)組希望它能在登陸火星后兩年之內(nèi)抵達(dá)這一地點(diǎn)展開(kāi)調(diào)查。

下一步?

當(dāng)好奇號(hào)火星車(chē)達(dá)到了兩年的設(shè)計(jì)使用壽命時(shí)，它應(yīng)當(dāng)已經(jīng)完成了原定的科學(xué)任務(wù)。

項(xiàng)目科學(xué)家格洛岑格表示：“在官方合約到期之后，我們基本就等于是在靠借來(lái)的時(shí)間進(jìn)行工作?！?/p>

然而那時(shí)候預(yù)計(jì)好奇號(hào)才只是爬到了夏普山的半山腰而已，因此科學(xué)組希望宇航局能網(wǎng)開(kāi)一面，給好奇號(hào)充分的支持經(jīng)費(fèi)，讓它得以繼續(xù)自己的探險(xiǎn)之旅。

過(guò)去執(zhí)行的火星車(chē)計(jì)劃已經(jīng)充分證明了它們質(zhì)量的可靠性。好奇號(hào)的前輩——美國(guó)宇航局的勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星車(chē)的原定設(shè)計(jì)使用壽命僅有3個(gè)月，但是最終勇氣號(hào)在火星上勤奮工作了6年之后才最終停下腳步，而它的孿生姊妹機(jī)遇號(hào)直到幾乎8年之后的今天仍然在這顆紅色星球的表面到處游蕩考察。

因此只要條件允許，控制人員都希望能讓好奇號(hào)登上山頂，科學(xué)家們急切地想要尋求有關(guān)火星水源之爭(zhēng)問(wèn)題的最終解決。對(duì)這一地區(qū)的考察將讓科學(xué)家們了解這一問(wèn)題的答案：為何火星會(huì)從過(guò)去溫暖濕潤(rùn)的環(huán)境變成今天這樣寒冷干燥?這一問(wèn)題目前仍然有待進(jìn)一步的回答。

根據(jù)任務(wù)設(shè)計(jì)，好奇號(hào)的目的是尋找火星上的宜居環(huán)境，因此即便它沒(méi)有找到任何有機(jī)質(zhì)，對(duì)于科學(xué)家們而言仍然將是有價(jià)值的。

在地球上，生命的演化時(shí)刻受到環(huán)境的制約和影響。如果生命從未在火星萌發(fā)，將這兩顆相似卻又命運(yùn)迥異的行星進(jìn)行比較，將對(duì)加深我們對(duì)生活其中的生物圈的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生極大的裨益。

格洛岑格提到了進(jìn)化生物學(xué)家史蒂芬·戈?duì)柕?Stephen Jay Gould)的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)：如果你能將地球生命進(jìn)化的歷史膠帶卸下，倒帶并重新來(lái)過(guò)，其中究竟會(huì)有多少將是無(wú)可避免要發(fā)生的?又有多少部分是由一些歷史偶發(fā)事件所決定的?

格洛岑格說(shuō)：“飛向火星就像是你重新更改這盤(pán)生命演化的帶子，你可以借此一睹一顆類(lèi)地行星早期的演化史，它和地球真的很像?！?/p>

火星車(chē)好奇號(hào)升空

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，8月6日，被塞進(jìn)“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”飛船的美國(guó)宇航局的火星車(chē)“好奇”號(hào)，將以每小時(shí)1.32萬(wàn)英里(2.12萬(wàn)公里)的速度急速飛向火星表面，而且只有6分鐘時(shí)間用來(lái)減速，進(jìn)行軟著陸。另外，它在下降過(guò)程中角度要大小合適，這樣才能確保著陸成功，一位美國(guó)宇航局的科學(xué)家把這比喻成是需要從洛杉磯把一顆高爾夫球準(zhǔn)確無(wú)誤地?fù)袈涞教K格蘭圣安得烈高爾夫球場(chǎng)的球洞里，這將是一次最棘手的登陸嘗試。

去年11月26日，這枚火箭成功搭載“好奇”號(hào)升空

該任務(wù)的進(jìn)入、下降和登陸(EDL)階段從“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”飛船的高度達(dá)到火星大氣層的最頂端開(kāi)始，這個(gè)高度大約位于登陸區(qū)蓋爾隕石坑上空81英里(131公里)處，最終“好奇”號(hào)將在這顆紅色行星表面安全著陸。在進(jìn)入、下降和登陸階段，這艘3噸重的飛船將從在這顆行星的大氣頂端的每小時(shí)大約1.32萬(wàn)英里(2.12萬(wàn)公里)的速度，迅速減速到在地面的靜止?fàn)顟B(tài)。急速減速的大部分工作需要通過(guò)大氣摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后階段一個(gè)降落傘將會(huì)展開(kāi)，“好奇”號(hào)從飛船中彈出，并利用尼龍纜繩把它拴在擁有減速火箭的天空起重機(jī)上。該船將在火星上空盤(pán)旋，慢慢把火星車(chē)送到這顆紅色行星表面。

搭載“好奇”號(hào)火星車(chē)的“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”飛船將以每小時(shí)1.32萬(wàn)英里(2.12萬(wàn)公里)的速度撞上這顆紅色行星的大氣最頂層

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