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NASA的"火星車們”:尋找紅色星球上水和生命的痕跡

http://finance.sina.com   2020年03月18日 18:05   北京同乐城国际线址網

無論火星車去到哪裏,都會有令人意想不到的發現無論火星車去到哪裏,都會有令人意想不到的發現

  同乐城国际线址科技訊 北京時間3月19日消息,對人類旅行者來說,太空探索的標誌性時刻發生在半個世紀前,當時尼爾·阿姆斯特朗在月球上留下了第一個人類腳印。但是,如果你不介意人類被機器人取代的話,那麼,最偉大的太空探索時代此時就在火星上展開。美國國家航空航天局(NASA)的“好奇號”火星車在塵土飛揚的鐵鏽色火星表面行駛,留下的車轍以摩斯電碼拼出了“J-P-L”。這是NASA噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)的縮寫。正是在這個研究中心,NASA的科學家和工程師們設計並建造了“好奇號”(Curiosity)及之前的三臺火星漫遊車。截至目前,所有這些火星車已經完成了75公里的旅程,極大地擴展了我們對火星環境的認識,也爲在宇宙中尋找外星生命提供了動力。

火星探路者號着陸器傳回的圖像被拼接在一起,形成了一幅奇怪的全景圖火星探路者號着陸器傳回的圖像被拼接在一起,形成了一幅奇怪的全景圖

  無論火星車去到哪裏,都會有令人意想不到的發現。它們觀察到了乾涸的河流、湖泊和災難級別的水流痕跡,表明在35億年前,火星的火山活動頻繁,液態水充足。它們還發現了令人費解的大氣變化,暗示着一些未知的化學過程直到今天仍在進行。火星車獲得的證據表明,如果在看似貧瘠的火星表面向下挖掘,你可能會發現一顆生機勃勃的——甚至仍然存在生命——的行星。

  到目前爲止,大多數火星任務都是着陸器,目標定在某個特定地點。大多數任務(包括蘇聯的每一次嘗試)都以失敗告終。不過,美國國家航空航天局的5臺火星車都成功登陸並運行,儘管目前只有“好奇號”和“洞察號”仍在執行任務。2020年夏天,我們可能會見證三臺不同的火星探測車發射,它們分別是NASA的“火星2020”探測車、歐洲空間局的“羅莎琳德·富蘭克林”(Rosalind Franklin,DNA雙螺旋結構的發現者之一)火星車和中國的“火星一號”探測車。

  旅居者號(1997年7月4日至9月27日)

  美國國家航空航天局的旅居者號(Sojourner)是一臺小巧可愛的火星探測車,幫助該機構第一次在互聯網上引起了轟動。這輛六輪火星車只有10.6千克重,車頂裝有太陽能電池板。旅居者號的母飛船爲火星探路者號(Mars Pathfinder)着陸器,登陸之後,旅居者號部署了一個小型氣象站,用立體攝像機掃描周圍環境,並檢查了岩石和土壤的成分。7月7日,旅居者號的頁面瀏覽量達到了8000萬次,這在互聯網剛剛起步的時候是一個巨大的成功。

  旅居者號爲後來的機器人火星探索建立了模板。在旅居者號的探險地圖上標有日期,標明着陸後的火星日數。火星探路者號着陸器傳回的圖像被拼接在一起,形成了一幅奇怪的全景圖。火星上的每一天都是24小時37分鐘,這要求NASA的地面漫遊車適應火星上不同的晝夜週期。這次任務的持續時間也比預計的長得多:83天,而不是原計劃的7天。和所有的火星車一樣,旅居者號被派往一個曾經有豐富水源的地方。地球上的生命需要水才能生存,而目前的假設是,火星上如果存在任何生命,應該也都會以同樣的方式生存。旅居者號着陸後,NASA的科學家們提出了一句箴言,“隨水而行”,來指導他們的火星調查。

  在旅居者號的着陸點環顧四周,你可能看不出那裏曾經是一片廣闊的洪泛區,位於兩股巨大外流河道——阿瑞斯谷和提爾谷——之間。在旅居者號到達之前,行星科學家懷疑那裏的水道是數十億年前一場災難性的洪水造成的。在圍繞着陸點進行的短途旅行中,旅居者號發現了圓形的岩石,暗示着該地區在很長時間內都存在流水,也許是連接古代海洋和內陸海洋的一系列通道的一部分。對於火星生命的搜尋來說,這是個好消息。

  勇氣號(2004年1月4日至2010年3月22日)

  讓我們繼續在火星上行進。“勇氣號”和它的孿生兄弟“機遇號”一起,標誌着NASA的機器人火星探測技術的重大升級。勇氣號攜帶了一個核動力加熱器來維持溫度,從而能將從太陽能板獲得的所有電力都輸送給科學儀器,並進行長距離的活動。按原先的涉及,勇氣號的任務將持續90天,行程至少爲600米。在2009年5月1日被困在沙裏之前,勇氣號火星車已經運行了7.7公里,之後它在原地又工作了一年。

在2009年5月1日被困在沙裏之前,勇氣號火星車已經運行了7.7公里,之後它在原地又工作了一年在2009年5月1日被困在沙裏之前,勇氣號火星車已經運行了7.7公里,之後它在原地又工作了一年

  勇氣號的探索之旅始於一個名爲“古瑟夫”(Gusev)的隕石撞擊坑。小行星撞擊火星的熱量融化了地下冰,可能導致了這裏的洪水氾濫。該撞擊坑覆蓋的區域如此之廣,以至於科研團隊不得不一直爲不同的地貌取名,從而保持方向感。其中許多名字,包括哥倫比亞山,都是爲了紀念挑戰者號航天飛機在2003年的失事;有些名字則不大正式,比如一處露出地表的岩層就被稱爲“本壘板”(Home Plate),因爲與棒球場本壘板十分相似。

  在那漫長的探索過程中,勇氣號記錄了更多關於古代流水的證據。這些證據如此之多,以至於在科學記者中間出現了一個流傳很久的笑話:NASA的每一次新聞發佈會都要宣佈在火星上“發現”了水。哥倫比亞山的岩石很明顯是被水流改變的,而“本壘板”則主要是火山岩。勇氣號被困的具體地點——被稱爲“Gertrude Weise”,以全美女子職業棒球聯盟的一名球員的名字命名——覆蓋着硅沉積物,可能是在有溫泉存在的情況下形成的。換句話說,勇氣號被困在火星曾經溫暖溼潤的直接證據中。

  機遇號(2004年1月25日至2018年6月10日)

  在勇氣號登陸三週後,其“孿生兄弟”機遇號在火星的另一邊着陸,並在這個新世界創造了一項至今未被打破的長距離駕駛記錄。在超過14年(它設計壽命的60倍)的時間裏,機遇號行駛了45.16公里。相比之下,由阿波羅17號宇航員駕駛的最長的月球之旅,使用的是一輛大得多的月球探測車,行程爲35.7公里。

  在勇氣號登陸三週後,其“孿生兄弟”機遇號在火星的另一邊着陸,並在這個新世界創造了一項至今未被打破的長距離駕駛記錄  在勇氣號登陸三週後,其“孿生兄弟”機遇號在火星的另一邊着陸,並在這個新世界創造了一項至今未被打破的長距離駕駛記錄

  機遇號的着陸點爲鷹撞擊坑,位於名爲“子午線高原”的廣闊平原上。這臺火星車迅速補充了更多細節,讓我們對火星上長期消失的水有了更深的認識。例如,機遇號發現了一些藍色的小球狀岩石,它們被稱爲“藍莓”,這種外形必須在有積水的地方才能形成。與勇氣號一樣,機遇號也配備了鑽孔工具和顯微攝像機,以便對岩石進行詳細分析。結合化學傳感器的其他數據,這一發現有力地證實了火星曾經擁有一個更厚的大氣層,其表面也具有豐富的水。康奈爾大學的史蒂夫·斯奎爾斯(Steve Squires)當時曾說:“我們認爲,機遇號就停在火星一個鹹海的海岸線上。”

  機遇號的史詩之旅還包括遊覽維多利亞撞擊坑,並在巨大的努力撞擊坑外圍進行了一次短途旅行,最後,它被一場全球性的火星沙塵暴擊倒,其太陽能電池板被擋住,無法接觸到陽光。機遇號還路過火星上的幾塊隕石,包括一大塊名爲“防熱護盾巖”(Heat Shield Rock)的金屬,顯示了火星如何遭受小行星的撞擊。

  好奇號(2012年8月6日至今)

  NASA至今最出色的火星車正是建立在過去的經驗教訓之上。與優雅的旅居者號相比,好奇號顯得有點笨重,但卻更加強大。好奇號重900千克,裝有一臺用於發電的核能發電機,還有17臺攝像機,包括一臺地質相機和一臺名爲ChemCam的化學相機。它甚至能發射激光束來蒸發岩石並檢測其成分。此外,它還配備了6個有特殊花紋的輪胎,每個50.8釐米寬,正是用這些輪胎在沙地上留下了JPL的摩斯電碼。

  隨着大量圖像的涌入,“好奇號”已經走過了21.6公里。從地圖上可以看到,任務科學家們已經有點瘋狂,他們給每一塊岩石都起了名字,給好奇號經過的每一個地方起了名字。好奇號在蓋爾撞擊坑的着陸點也是在早期任務收集的數據基礎上確定的。蓋爾撞擊坑有35億年的歷史,直徑150公里,後來充滿了溼沉積物和塵埃,然後又遭到侵蝕。這種不同尋常的地質環境使好奇號得以在繞着撞擊坑行駛的同時,研究火星曆史上的不同時期。

  從地圖上可以看到,任務科學家們已經有點瘋狂,他們給每一塊岩石都起了名字,給好奇號經過的每一個地方起了名字  從地圖上可以看到,任務科學家們已經有點瘋狂,他們給每一塊岩石都起了名字,給好奇號經過的每一個地方起了名字

  好奇號堪稱一名出色的外星地質學家,它遊覽了怪異的火星沙丘,記錄了奇特的岩層和礦物鹽類,並證明了其着陸點附近的地區曾經是一條河流或一個湖泊的河口,這些河流或湖泊會間歇性地氾濫和乾涸。好奇號的項目科學家約翰·格羅青格(John Grotzinger)以NASA一貫樂觀的態度得出結論,“這裏的條件曾經適合生命存在”。好奇號還發現了火星大氣中氧和甲烷的令人費解的變化,這可能是生物活動的跡象。但在尋找真正的生命或其遺骸的過程中,好奇號的進一步發現又讓事情變得不確定起來。

  幸運的是,NASA的下一個火星探測器(暫時稱爲“火星2020”)即將投入工作。它將配備專門用於尋找有機物質(比如與生物學有關的碳基化合物)的工具。僅僅找到有機物還不足以證明火星的過去或現在存在生命,因此火星2020探測車還有另一個方法。它將把最有希望的樣品放入存儲管,保存起來,由未來的火星任務中帶回地球。通過這些樣品,科學家或許能找到微化石,或進行更爲靈敏的化學研究,並最終揭示火星到底有沒有生命存在。(任天)

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