星際“鼴鼠”第一次鑽入火星,如何揭開火星的神祕面紗?

火星,一個神秘又多彩的星球,即將在人類面前一層一層地揭開面紗。美國InSight(洞察號)將探索火星作為自己的核心使命,並和鼴鼠合作執行任務,但由於InSight沒能及時收到命令,而導致部署鼴鼠的關鍵任務延遲了2天。

星際“鼴鼠”第一次鑽入火星,如何揭開火星的神秘面紗?

1、作為InSight任務關鍵儀器之一的鼴鼠是什麼

這是星際“鼴鼠”第一次鑽入火星,也是第一個可以測量熱量經過另一個星球的機器人。作為InSight任務的關鍵儀器之一,鼴鼠的構造自然是純機械的。11月於火星降落,2月26日正常工作,這一次的機器人探測和以前的相機觀察是有本質區別的,用準確的語言表達:鼴鼠,其實就是一個被放在火星表面的物理特性和熱流探測器。

鼴鼠的工作將是至下而上,需要達到5米(16英尺)的探索深度,它可以向下衝擊進入風化層,然後推開阻礙自己前行的岩石和泥土。那些被挖掘的岩石會發出熱脈衝,正是通過這些脈衝熱量的消散速度得到想要的數據,最後通過自己身後懸掛的傳感器而返回收集到的數據。

鼴鼠的地下探測和火星地面的天氣沒有關係,科學家們可以通過這樣的方式測出鑽地時所獲取的溫度變化(整個火星年)。那麼,地球上的熱量流動之謎或許也能追蹤到了。同時,還能對人類理解火星怎麼演變成現在的火星具有尤為重要的意義。

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2、火星上的主要熱源是從何而來

第一種主要來源方式:最強的地殼,隨著時間的釋放,釷和鉀衰減並釋放熱量,這其中當然還少不了放射元件的鈾等物質,這些都是放射元素的集中。

第二種主要來源方式:當火星上所有的岩石都以龐大的速度粉碎在一起的時候,它們會形成一個最初的熱量,我們管它叫做自吸收的初始熱量預算。但是,科學家們並不希望在這個源頭髮現很多火星的熱量信息。

待InSight任務測量出火星的其他特徵,再加上這些濃度被科學家們確認,那麼這些值將可以構造出一個模型,於是,科學家們可以通過這些模型,評估出火星不同場景的形成方式。

對於鼴鼠能否成功的完成探索任務,就算是科學家們也沒有十足的把握。尤其當鼴鼠遇到巨石(一米左右)的時候,這是它自身無法處理的,當它進入的越深,受到火星地面天氣的干擾才越小,於是才能為我們帶回更準確的行星內部溫度流。

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3、InSight(洞察號)火星著陸器的火星探索史

2018年5月5日,InSight著陸器從范登堡空軍基地開往火星,並於11月26日在火星(古老火山區以南的赤道地區)的Martian Elysium Planitia(極樂區)降落,並像地球發回一個火星年的數據。這是火星研究中前所未有的方式,完全不同於“機遇號”和“精神”這樣的火星車任務。

2018年12月4日,InSight著陸器拍攝到了一張壯觀圖像,照片呈現了它的前景地震儀和背後的儀器蓋子,以及頂部機器人的手臂和位於左邊的熱探頭(自鑽)。在它的兩個廣闊太陽能陣列中,有一個主導著探測器的火星之家(火星的極樂世界平原),就像我們在照片中看到的那樣。

2018年12月11日,美國宇航局向我們展示了InSight著陸器的第一張自拍照片,包括很多符合複合材料和著陸器上的甲板(UHF天線、氣象傳感器和科學儀器)、電池板等。同時,InSight著陸器發回的52張獨立圖像組成了一幅馬賽克,將航天器設置的相關科學儀器工作空間也進行了一併展示。

InSight著陸器的地震計傳感器大概是2歐元硬幣大小,在它的地震計上(短週期)一共有三個傳感器。並且,它所探測到的振動是可視化的,可以從火星表面觀察到塵埃惡魔的路徑。關於風和熱盾,NASA也向我們展示了該應用程序的禁止框架圖示,壓力傳感器的入口就處在風和隔熱罩內的位置。

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4、InSight各部分的結構和原理是什麼

InSight有一個超過2.4米的機械手臂,配有一個可以拍攝3D視圖的攝像頭,但他最主要的作用是通過地震計和熱流探頭進行表面測量。另外,InSight上的傳感器還可以提供火星的天氣信息和附近局部磁場的變化規律,InSight上共有3種儀器觀察火星內部深處。

第一種是RISE(旋轉和內部結構試驗),它的核心任務是通過跟蹤著陸器位置、識別火星軌道上的一切擺動,從而提供火星核心組成信息。

第二種是HP 3(探頭),這是一個物理性和熱流探頭,可以鑽入地面大月5米的距離,主要是用作感知火星地下的熱量變化,然後將收集到的數據返回。

第三種是SESI(內部結構地震實驗室),它的功能是探測隕石撞擊、地震或者是內部岩漿運動的波動,根據不同的類型返回相應的信息。

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5,InSight任務的發展歷程和重要意義

InSight著陸器(包括了地震調查、熱量傳輸和大地測量三個部分的內部探索)本身是一個靜止的探測器,該任務的主要目的也是探測研究火星的內部,是一個相對固定的任務。瞭解火星的成分及火星的構造活躍度,是它的基本科學目標,該任務的總費用也達到了8.14億美元之高。

2010年,美國宇航局首次提交InSight任務,是當時下一次探索級任務的28個之一,都是低成本的太陽系探索任務。2015年12月,因為地震實驗(SEIS)洩露導致其無法按原定計劃啟動(2016年3月)。這一次的儀器重新設計不僅導致了時間的延遲,也讓相應的成本增加了。

通過InSight著陸器的探測,我們可以獲取到更多火星相關的信息,比如,這片紅色星球的內部到底有多溫暖,具體有多少熱量依然在流動,以及火星是否存在構造活動,這其中自然也包括地震活動的位置區域,甚至是隕石撞擊火星地表的頻率等,這對人類瞭解火星和宇宙科學的進步都有不可磨滅的意義。


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