阿波羅新聞網新聞 > 科教 > 正文

洞察號首探火星內部 猶如45億年來首次體檢

“洞察“號探測器

身着暗紅色上衣的科研人員緊張地盯着大屏幕,臉上露出了殷切期待成功的神情。

“離地面400米、300米、200米、80米……”當著陸成功傳回“嗶嗶”聲(表示探測器還“活着,身體健康”)的一剎那,美國宇航局指揮中心的科研人員振臂歡呼、擁抱、鼓掌……用不同方式慶祝人類時隔6年再次成功登陸火星——這個人類關注和探測了近60年的紅色行星。

指揮中心科研人員慶祝“洞察”號成功登陸火星

“今天,我們完成了人類歷史上第八次成功登陸火星。我們將送航天員前往月球,之後再派航天員前往火星,‘洞察’號將在我們前往火星之前提供寶貴的科學資料。”美國宇航局局長吉姆·布里登斯丁(Jim Bridenstine)在登陸成功之後激動地說。

美國宇航局(NASA)消息,美國東部時間11月26日14時52分59秒(北京時間27日3時52分59秒),“洞察”號火星探測器在火星上成功着陸。這是2012年8月5日“好奇”號火星車成功登陸火星以來,人類製造的探測器再次成功登陸火星表面。

“地下有‘鼓聲’,我們需要研究火星的內部”

提到美國的火星探測項目,很多人都會想到近年來頻繁出現在媒體上的“機遇”號和“好奇”號等火星車,尤其是設計壽命只有3個月的“機遇”號,在火星上一待就是11年,不但獲得豐碩的探測成果,還在火星上“意外”創造了一個世界紀錄——跑了40多公里,完成了一個火星“馬拉松”。

美國從1964年發射“水手4號”火星探測器開始,對火星展開了40餘年的持續探測,獲得了大量的探測成果。作為火星探測收穫最多的國家,美國在火星探測上依然馬不停蹄。

航天專家龐之浩告訴澎湃新聞,儘管距離人類第一次探測火星已有數十年,但我們對於火星內部結構仍知之甚少。此前人類總計開展的47次火星探測都是研究火星全球、地表、大氣和磁場的。“洞察號”將首次探測火星內部,相當於用CT掃描對火星進行“45億年來的第一次體檢”。

“洞察”號將執行人類首次對火星內部探測的任務

“知人知面不知心”的古語同樣適用於深空探測領域,對一個行星探測,如果僅僅知道它的地面和大氣,那只是認識了它的表面,無法認識它的“內心”。國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光此前向澎湃新聞表示:“派幾個探測器在行星軌道或地面上走走看看,是無法了解某個性能內部的。比如,此前在2015年大紅大紫的開普勒452b系外行星,雖然體積和尺寸與地球比較相似,但現在還無法知道它是不是一顆岩石質行星,更不用說該行星的內部結構。因此,要全面認識一個行星,必須對行星內部結構進行探測。”

根據美國宇航局此前公布的信息,“洞察”號主要承擔兩大科學任務:一是通過探測火星內部火震活動的規模、頻率和地理分佈,以及隕石撞擊火星表面的頻率,來確定目前火星地質構造活動的級別;二是通過調查火星內部結構和活動過程,研究類地行星的形成和演化過程。按

照任務,科研人員制定了6個調查項目:確定火星地核大小、組成和物理狀態;確定火星地殼的厚度和結構;確定火星地幔的組成和結構;確定火星內部的熱態;測量火星內部火震活動的幅度、速率和地理分佈;測量火星表面的隕石撞擊率。

“洞察號”項目的主要負責人布魯斯·班尼特曾向《自然》雜誌表示,儘管火星探測的歷史悠久,但頂多是在這顆星球的表面留下些許抓痕。“35年來,一直有‘鼓聲’從地下傳來,我們需要研究火星的內部。”布魯斯·班尼特說。

“加深對地球‘鄰居’的了解”

“洞察”號於今年5月5日發射成功,升空後飛行了4.85億千米,歷時6個多月。“洞察號”和2008年登陸火星的“鳳凰”號着陸器有着千絲萬縷的關係,因此也有媒體將“洞察號”稱為“鳳凰”2.0。“洞察”號使用了鳳凰號探測器的平台,因此從外形上看“洞察號”和鳳凰號探測器非常相似,只是根據任務的不同進行了局部調整。“洞察號”長約5.5米,尺寸上與一台小轎車相當,質量為350千克,此外,還有兩塊能像紙扇一樣展開的圓形太陽能電池板提供電源。

成功登陸火星的步驟

“之前的‘鳳凰’號落在了火星的北極平原,獲得了很多對北極平原的冰凍、水、凍土相關的探測成果,也在其上發現了土壤中含有水。加熱之後發現土壤中含有5%以上的水,着陸腿上也結有露珠,發現了水的特徵。”中國科學院國家天文台研究員、行星專家鄭永春介紹說。

據美國媒體此前報道,其着陸點的選址花了4年時間,最後選定的具體着陸坐標為:北緯4.5°,東經135.0°。因為這裡地勢平坦,沒有溝壑,陽光充足,能為太陽能電池板充電。另外,該着陸點離“好奇”號火星車600千米,並且能跟目前運行的5個火星軌道探測器通信。為了在着陸過程中有足夠厚的大氣層來保證降落傘的緩衝需要,着落點要低於火星大地水準面以下2.5千米,地形坡度要小於15°,石頭不能太多,風化層較鬆軟,方便着陸和鑽5米深的孔。

“洞察”號傳回的首張照片

“自1965年以來,我們從軌道和地表研究了火星,了解了火星的天氣、大氣、地質和地表化學,”美國宇航局科學任務局行星科學部的代理主任洛里·格雷澤(Lori Glaze)指出,“現在,隨着美國宇航局準備將人類探險家送入太陽系更深處,我們最終將探索火星內部,加深對地球‘鄰居’的理解。”

為了加深對地球‘鄰居’的了解,“洞察”號將搭載完全不同的3種科學載荷,包括兩台由歐洲提供的儀器,專門設計用於探查這顆紅色星球的核心深處。包括地震儀設備、地熱流值探測儀和“自轉和內部結構試驗”探測設備。其中地震儀設備和地熱流值探測儀分別由法國和德國研製。除了上述3種探測裝置,還裝備了2台相機,可對火星氣壓、溫度和風速等進行測量,用於對地震儀數據的噪音修正工作,當然,這些數據也將是火星天氣研究方面有用的材料。

“用地震儀探測裏面的地震波,火星內部有一些地震是天然的地震,還有一些是火星內部活動導致的地震,還有一些小行星、隕石會撞到火星引起一定的震動。”鄭永春介紹說,“地震波的傳播會反射信號,根據信號的解釋就能得到火星內部結構和成分的數據,是否像地球一樣分為地殼、地幔和地核,各個分界線在哪裡,地殼的厚薄,是否存在地幔等問題。”

“地震是我們了解地球內部,火星內部和月球內部的一個非常重要的儀器手段。”鄭永春補充道。

熱流探測儀主要是測量火星表層一定深度的溫度和梯度。通過測物質的溫度梯度和物質的熱導率相乘,就能算出來熱流,單位面積單位時間從內部傳遞出來的熱量,根據這個熱量和地震波的數據相結合,就可以推測火星內部熱量的釋放情況。

根據相關資料,測熱流可以了解內部能量的釋放情況,能量的釋放情況就是通過內部放射性元素的衰變來實現,從而推測火星現在內部的熱量。火星形成初始的情況,可以通過一個模型來推測,比如說當時含有多少放射性元素,對比現在含有多少,可以推測現在火星內部的熱量的多少,二這個問題關乎內部熱演化的歷史以及火星內部結構的分層。

簡而言之,地震儀是用來探測火星內部結構的分層,而熱流儀是探測火星內部的熱演化歷史。

“深空探測國際合作的又一範例”

“洞察”號項目是一項國際合作深空探測項目。“這一成就代表了美國和我們的國際夥伴的智慧,也證明了我們團隊的獻身精神和毅力。”美國宇航局局長吉姆·布里登斯丁指出。美國有線電視新聞網(CNN)報道稱,“洞察”號登陸成功之後,美國副總統彭斯打電話向整個團隊表示祝賀。

在“洞察”號探測器上,地震儀由法國研製,熱流探測儀由德國研製,而這兩個是探測器的最重要三個儀器中的兩個。

測試中的“洞察”號

“成功登陸火星為未來探測工作展開奠定了基礎,如果項目順利完成,那麼‘洞察’號將成深空探測國際合作的又一範例。”龐之浩認為。

值得一提的是,“洞察號”任務還將部署2顆微型衛星,以便在着陸階段試驗性地給地球提供實時中繼信號。這也是深空任務中首次使用“星際微型衛星”

“洞察”號任務使用的兩顆微型衛星被稱為“火星立方體一號”,它們將和“洞察號”一起發射升空,並踏上前往火星的旅程。當“洞察號”登陸火星時,它們將從火星旁邊飛過,並向地球中繼衛星傳輸“洞察號”的登陸數據。據美國宇航局介紹,“火星立方體一號”就像“洞察”號登陸探測器的中繼衛星,可以大大提高“洞察”號的信號傳輸效率,如果試驗性任務獲得成功,未來微型衛星將應用於更多的探索太陽系的星際任務。

“火星立方體一號”只是一個試驗項目,因此通信中繼不能全部指望這“兩兄弟”。楊宇光表示:“擔任‘洞察號’中繼任務是火星勘測軌道器已經對軌道進行了調整,迎接2016年到來的‘洞察號’,它可幫助‘洞察號’進行軌道修正,為‘洞察號’提供精確的下降軌道,並將親自見證“洞察號”進入火星大氣層及着陸過程,存儲並記錄數據。一旦‘洞察號’抵達火星表面後,偵察軌道飛行器將擔任中繼通信任務。”

阿波羅網責任編輯:夏雨荷 來源:澎湃新聞 轉載請註明作者、出處並保持完整。

科教熱門

相關新聞

➕ 更多同類相關新聞