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“洞察号”首探火星内部,犹如45亿年来首次“体检”
2018-11-27来源:澎湃新闻
    澎湃新闻记者 谢瑞强 实习生 金皓原
    
“洞察“号探测器
 
    身着暗红色上衣的科研人员紧张地盯着大屏幕,脸上露出了殷切期待成功的神情。
 
    “离地面400米、300米、200米、80米……”当着陆成功传回“哔哔”声(表示探测器还“活着,身体健康”)的一刹那,美国宇航局指挥中心的科研人员振臂欢呼、拥抱、鼓掌……用不同方式庆祝人类时隔6年再次成功登陆火星——这个人类关注和探测了近60年的红色行星。
 
指挥中心科研人员庆祝“洞察”号成功登陆火星
 
    “今天,我们完成了人类历史上第八次成功登陆火星。我们将送航天员前往月球,之后再派航天员前往火星,‘洞察’号将在我们前往火星之前提供宝贵的科学资料。”美国宇航局局长吉姆·布里登斯丁(Jim Bridenstine)在登陆成功之后激动地说。
 
    美国宇航局(NASA)消息,美国东部时间11月26日14时52分59秒(北京时间27日3时52分59秒),“洞察”号火星探测器在火星上成功着陆。这是2012年8月5日“好奇”号火星车成功登陆火星以来,人类制造的探测器再次成功登陆火星表面。

    “地下有‘鼓声’,我们需要研究火星的内部”
 
    提到美国的火星探测项目,很多人都会想到近年来频繁出现在媒体上的 “机遇”号和“好奇”号等火星车,尤其是设计寿命只有3个月的“机遇”号,在火星上一待就是11年,不但获得丰硕的探测成果,还在火星上“意外”创造了一个世界纪录——跑了40多公里,完成了一个火星“马拉松”。
 
    美国从1964年发射“水手4号”火星探测器开始,对火星展开了40余年的持续探测,获得了大量的探测成果。作为火星探测收获最多的国家,美国在火星探测上依然马不停蹄。
 
    航天专家庞之浩告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn),尽管距离人类第一次探测火星已有数十年,但我们对于火星内部结构仍知之甚少。此前人类总计开展的47次火星探测都是研究火星全球、地表、大气和磁场的。“洞察号”将首次探测火星内部,相当于用CT扫描对火星进行“45亿年来的第一次体检”。
 
“洞察”号将执行人类首次对火星内部探测的任务
 
    “知人知面不知心”的古语同样适用于深空探测领域,对一个行星探测,如果仅仅知道它的地面和大气,那只是认识了它的表面,无法认识它的“内心”。国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光此前向澎湃新闻表示:“派几个探测器在行星轨道或地面上走走看看,是无法了解某个性能内部的。比如,此前在2015年大红大紫的开普勒452b系外行星,虽然体积和尺寸与地球比较相似,但现在还无法知道它是不是一颗岩石质行星,更不用说该行星的内部结构。因此,要全面认识一个行星,必须对行星内部结构进行探测。”
 
    根据美国宇航局此前公布的信息,“洞察”号主要承担两大科学任务:一是通过探测火星内部火震活动的规模、频率和地理分布,以及陨石撞击火星表面的频率,来确定目前火星地质构造活动的级别;二是通过调查火星内部结构和活动过程,研究类地行星的形成和演化过程。按照任务,科研人员制定了6个调查项目:确定火星地核大小、组成和物理状态;确定火星地壳的厚度和结构;确定火星地幔的组成和结构;确定火星内部的热态;测量火星内部火震活动的幅度、速率和地理分布;测量火星表面的陨石撞击率。
 
    “洞察号”项目的主要负责人布鲁斯·班尼特曾向《自然》杂志表示,尽管火星探测的历史悠久,但顶多是在这颗星球的表面留下些许抓痕。 “35年来,一直有‘鼓声’从地下传来,我们需要研究火星的内部。” 布鲁斯·班尼特说。
 
    “加深对地球‘邻居’的了解”
 
    “洞察”号于今年5月5日发射成功,升空后飞行了4.85亿千米,历时6个多月。 “洞察号”和2008年登陆火星的“凤凰”号着陆器有着千丝万缕的关系,因此也有媒体将“洞察号”称为“凤凰”2.0。“洞察”号使用了凤凰号探测器的平台,因此从外形上看“洞察号”和凤凰号探测器非常相似,只是根据任务的不同进行了局部调整。“洞察号”长约5.5米,尺寸上与一台小轿车相当,质量为350千克,此外,还有两块能像纸扇一样展开的圆形太阳能电池板提供电源。
 
成功登陆火星的步骤
 
    “之前的‘凤凰’号落在了火星的北极平原,获得了很多对北极平原的冰冻、水、冻土相关的探测成果,也在其上发现了土壤中含有水。加热之后发现土壤中含有5%以上的水,着陆腿上也结有露珠,发现了水的特征。” 中国科学院国家天文台研究员、行星专家郑永春介绍说。
 
    据美国媒体此前报道,其着陆点的选址花了4年时间,最后选定的具体着陆坐标为:北纬4.5°,东经135.0°。因为这里地势平坦,没有沟壑,阳光充足,能为太阳能电池板充电。另外,该着陆点离“好奇”号火星车600千米,并且能跟目前运行的5个火星轨道探测器通信。为了在着陆过程中有足够厚的大气层来保证降落伞的缓冲需要,着落点要低于火星大地水准面以下2.5千米,地形坡度要小于15°,石头不能太多,风化层较松软,方便着陆和钻5米深的孔。
 
“洞察”号传回的首张照片
 
    “自1965年以来,我们从轨道和地表研究了火星,了解了火星的天气、大气、地质和地表化学,”美国宇航局科学任务局行星科学部的代理主任洛里·格雷泽(Lori Glaze)指出,“现在,随着美国宇航局准备将人类探险家送入太阳系更深处,我们最终将探索火星内部,加深对地球‘邻居’的理解。”

    为了加深对地球‘邻居’的了解,“洞察”号将搭载完全不同的3种科学载荷,包括两台由欧洲提供的仪器,专门设计用于探查这颗红色星球的核心深处。包括地震仪设备、地热流值探测仪和“自转和内部结构试验”探测设备。其中地震仪设备和地热流值探测仪分别由法国和德国研制。除了上述3种探测装置,还装备了2台相机,可对火星气压、温度和风速等进行测量,用于对地震仪数据的噪音修正工作,当然,这些数据也将是火星天气研究方面有用的材料。
 
    “用地震仪探测里面的地震波,火星内部有一些地震是天然的地震,还有一些是火星内部活动导致的地震,还有一些小行星、陨石会撞到火星引起一定的震动。” 郑永春介绍说,“地震波的传播会反射信号,根据信号的解释就能得到火星内部结构和成分的数据,是否像地球一样分为地壳、地幔和地核,各个分界线在哪里,地壳的厚薄,是否存在地幔等问题。”
 
    “地震是我们了解地球内部,火星内部和月球内部的一个非常重要的仪器手段。” 郑永春补充道。
 
    热流探测仪主要是测量火星表层一定深度的温度和梯度。通过测物质的温度梯度和物质的热导率相乘,就能算出来热流,单位面积单位时间从内部传递出来的热量,根据这个热量和地震波的数据相结合,就可以推测火星内部热量的释放情况。
 
    根据相关资料,测热流可以了解内部能量的释放情况,能量的释放情况就是通过内部放射性元素的衰变来实现,从而推测火星现在内部的热量。火星形成初始的情况,可以通过一个模型来推测,比如说当时含有多少放射性元素,对比现在含有多少,可以推测现在火星内部的热量的多少,二这个问题关乎内部热演化的历史以及火星内部结构的分层。
 
    简而言之,地震仪是用来探测火星内部结构的分层,而热流仪是探测火星内部的热演化历史。
 
    “深空探测国际合作的又一范例”
 
    “洞察”号项目是一项国际合作深空探测项目。“这一成就代表了美国和我们的国际伙伴的智慧,也证明了我们团队的献身精神和毅力。” 美国宇航局局长吉姆·布里登斯丁指出。美国有线电视新闻网(CNN)报道称,“洞察”号登陆成功之后,美国副总统彭斯打电话向整个团队表示祝贺。
 
    在“洞察”号探测器上,地震仪由法国研制,热流探测仪由德国研制,而这两个是探测器的最重要三个仪器中的两个。
 
测试中的“洞察”号
 
    “成功登陆火星为未来探测工作展开奠定了基础,如果项目顺利完成,那么‘洞察’号将成深空探测国际合作的又一范例。”庞之浩认为。

    值得一提的是,“洞察号”任务还将部署2颗微型卫星,以便在着陆阶段试验性地给地球提供实时中继信号。这也是深空任务中首次使用“星际微型卫星”
 
    “洞察”号任务使用的两颗微型卫星被称为“火星立方体一号”,它们将和“洞察号”一起发射升空,并踏上前往火星的旅程。当“洞察号”登陆火星时,它们将从火星旁边飞过,并向地球中继卫星传输“洞察号”的登陆数据。据美国宇航局介绍,“火星立方体一号”就像“洞察”号登陆探测器的中继卫星,可以大大提高“洞察”号的信号传输效率,如果试验性任务获得成功,未来微型卫星将应用于更多的探索太阳系的星际任务。
 
    “火星立方体一号”只是一个试验项目,因此通信中继不能全部指望这“两兄弟”。杨宇光表示:“担任‘洞察号’中继任务是火星勘测轨道器已经对轨道进行了调整,迎接2016年到来的‘洞察号’,它可帮助‘洞察号’进行轨道修正,为‘洞察号’提供精确的下降轨道,并将亲自见证“洞察号”进入火星大气层及着陆过程,存储并记录数据。一旦‘洞察号’抵达火星表面后,侦察轨道飞行器将担任中继通信任务。”
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