好奇号火星探测器
美国航空航天局辖下的火星探测器
“好奇”号火星探测器(英文:Curiosity),是美国航空航天局火星科学实验室下辖的火星探测器,主要任务是探索火星的盖尔陨石坑。整个探测器由航天器、着陆系统(EDL)和火星探测车等部分组成,其火星车搭载了17台先进照相机、一个机械臂、一个钻孔机、一台激光装置等设备。
好奇号火星探测器是20世纪60年代以来美国火星探测计划的继续,主要目的是为了调查环境是否有利于微生物的生存,以及在岩石中保存过去可能存在生命的线索。2006年,美国科学家们开始为“好奇”号火星车选择着陆地点,最终在2011年6月确定在盖尔陨坑中心山脉。而“好奇”号火星探测器的组装、测试和运输工作也在2011年6月左右完成。11月26日,“好奇”号火星探测器在在卡纳维拉尔角41号航天发射场搭乘宇宙神-5号运载火箭发射升空。在经历长达约9个月的巡航阶段后,于2012年8月6日在火星成功登陆,并在8月22日首次开始工作。
“好奇”号火星探测车的主任务阶段为1个火星年或大约23个地球月。截止到2023年11月,它还在火星工作,工作周期已经超过了4000天。在这个周期之内,“好奇”号采集了大量的火星岩石样本,发现了甲烷、还拍摄了众多的火星图像,为地面科学家的科研活动提供了充足的资料。
任务背景
人类的火星探测活动开始于20世纪60年代,在“好奇”号火星探测器发射之前,包括美国在内的多个国家就已经进行了多次火星探测活动。1960年10月,苏联就向火星先后发射了“火星1A”和“火星1B”两个探测器,但均未成功。紧随其后的美国直到1964年才成功通过水手4号探测器第一次让人类看到火星表面的近距离图像,这一阶段算得上是人类火星探测的狂热阶段,开启了火星探测的新篇章。
而在那这之后,美国和苏联对探测火星的热情都有所减弱,直到1970-1990年,美苏又开始重新探测火星,在此3阶段主要是以轨道环绕和着陆探测为主,且探测成功率也明显提高。不过进入美苏冷战后期,美苏两国对深空探测的投入都在减少,苏联虽然发射了两颗火星探测器,但都以失败告终。火星探测转为研究历次发射的资料数据,火星探测活动也逐渐归于沉寂。但是,美苏历次的火星探测活动还是为后来者积累了相当数量的技术和相关经验。而进入20世纪90年代之后到“好奇”号发射之前,随着航天技术的进步,火星探测再次成为深空探测的热点。
1996年,美国成功发射了火星全球勘探者号探测器,发现了火星上存在古代水的迹象,比如沟壑和赤铁矿(一种在水中形成的矿物)。随后,一系列轨道器和着陆器被送往火星,通过这些探索结果让科学家们了解到,火星并不是“海盗”号得到的结果,是一颗“死星”,而是蕴藏着活力。也是从那个时候开始,美国航空航天局对火星的探测目标就围绕着考察火星是否曾经支持生命存在而进行。在“好奇”号之前,美国已经成功发射了“勇气”号和机遇号火星探测器等火星探测器。
“好奇”号火星探测车亦进一步推进美国宇航局“跟着水走”的战略。任务是:调查火星环境是否有利于微生物的生存,以及在岩石中保存过去可能存在生命的线索。
具体来说,这就是探索盖尔陨石坑,并获取岩石、土壤和空气样本进行机载分析。以及实现以下8个科学目标:
(1)确定环境中有机化合物的性质和数量。
(2)列出火星可能组成生命的化学成分。
(3)识别生命可能存在的特征痕迹
(4)从化学同位素上研究火星表面和近表地质材料的矿物组成。
(5)解释形成和改变火星岩石和土壤的过程。
(6)评估长时间尺度(即40亿年)的大气演化过程。
(7)确定水和二氧化碳的现状、分布和循环。
(8)描述表面辐射的广谱特征,包括银河宇宙辐射、太阳风和次级中子。
任务历程
前期准备
“好奇”号火星探测器的前期准备工作,包括着陆点选择、航天器组装、测试和运输等过程。2006年6月,世界各地的火星科学家召开了一个研讨会,共同编定了一份包含100个潜在火星着陆点的清单,同时,借助火星勘测轨道飞行器收集的数据,美国科学家对每个可能的着陆点都进行了评估。在选择时,美国科学家先是排除了可能存在微生物生命的地点,然后在能够提供有利勘探条件进行选择,这些地点需要有暴露在地表的岩石层,存在人类现有生活必不可少的元素,周围环境要相对平稳、安全。
而在这期间,美国也开始了为新型天问一号的命名征集工作,从2008年11月开始,美国航空航天局就向全美5-18岁的学生征集火星探测车的名字,到2009年1月25日结束,共有9000多名学生提供了命名提议。2009年5月27日,美国航空航天局宣布,下一代大型火星登陆车“火星科学实验室”已采用堪萨斯州小学6年级12岁的华裔学生克拉拉·马的建议,命名为“好奇”(Curiosity)号。
2011年6月,美国科学家们将“好奇”号火星车的着陆点确定在了盖尔陨石坑(英文:Gale Crater,地理位置:南纬4.5度、东经137.4度)。这是一个由陨石撞击火星时形成的坑洞,其形成历史大约在3.5-38亿年前,以澳大利亚天文学家沃尔特·盖尔(英文:Walter F. Gale)命名。该陨石坑直径96英里(154公里),可能存在水。
“好奇”号火星探测器的前期组装、测试由位于加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室(JPL)来完成,探测器上的仪器经过单独测试后,就会被运送到无尘室,与火星车车和航天器进行组合测试。在完成相关测试后,火星探测车和航天器会被送往肯尼迪航天中心进行进一步的组装和试验,2011年5月,火星车的隔热罩和引导其前往火星的航天器抵达肯尼迪航天中心,6月22日,火星科学实验室任务的火星车““好奇”号”以及任务的着陆系统由美国空军C-17运输机运抵佛罗里达州肯尼迪航天中心。这些组成部分要在这里完成最后的测试和总装。在所有的准备工作完成之后,“好奇”号火星探测器就被运送到佛罗里达州卡纳维拉尔角,与宇宙神-5号运载火箭完成组合,等待发射升空。
发射升空
2011年11月26日美国东部时间上午10时02分(太平洋标准时间上午7时02分),“好奇”号火星车在卡纳维拉尔角41号航天发射场搭乘宇宙神-5号运载火箭发射升空。
火箭发射1分52秒后,四级固体火箭助推器关机分离。
火箭发射3分25秒后,一级火箭关机,整流罩分裂,坠入大西洋
火箭发射4分38秒后,二级火箭“半人马座发动机点火,大约7分钟之后,火箭进入地球静止轨道,开始环轨道飞行。
火箭发射约20分钟后,二级火箭将航天器推出地球轨道,开始前往火星。
火箭发射44分钟后,太平洋标准时间上午9时56分09秒,航天器与运载火箭完成分离,航天器进入巡航阶段,自主飞往火星。
火箭发射55分钟后,航天器通过美国航天航空局局深空网络位于澳大利亚堪培拉的天线站与地球进行了第一次通信。
火星着陆
“好奇”号火星探测车在火星上的着陆完全由着陆系统(EDL)负责,整个过程持续7分钟,涉及四个独立的阶段:引导进入,降落伞下降,动力下降和空吊着陆。首先在小型火箭推进器的帮助下,航天器进入火星大气层,“切入点距着陆点高度约为131公里,切入时速度约为每秒5.9公里;在进入预定着陆范围(20×7千米)的上空后,航天器开始减速到1.7马赫,随后降落伞打开,在距离火星地面1.8千米的高度时,航天器隔热罩与火星车分离,速度下降到100米/秒;8台可变推力发动机点火工作,减缓火星探测车下降速度。在最后阶段,即空吊着陆阶段,太空起重机开始工作,由它释放7.6米长的系绳吊着“好奇”号火星车缓慢下降,并使火星车最终到达地面。在火星车完成着陆后两秒内,起重机和其他设备就自动坠毁在距离“好奇”号火星车大约650米远的位置。
2012年8月6日,美国“好奇”号火星车在火星盖尔陨石坑中心山脉的山脚下成功着陆,开始探索这颗红色星球过去及现在是否存在适宜生命存在的环境。
火星探测
2012年8月22日,“好奇”号火星探测车在首次行驶测试中迈出“第一步”,留下了自己的“足迹”。
2012年8月29日,“好奇”号开始首次行驶,在大约两月的时间内,向东行驶了400米,到达一个名为Glenelg的地方。
2012年9月27日,美国宇航局宣布,“好奇”号发现了古代河床的迹象,表明火星上曾经有过“剧烈的水流”。
2013年3月,美国航空航天局宣布,基于对约翰·克莱因(John Klein)岩石的调查,分析表明盖尔陨石坑存在水、二氧化碳二氧化硫硫化氢,曾经适合微生物生活。
2013年9月19日,科学家透露,根据“好奇”号采集的六次大气样本,证实火星环境缺乏甲烷,表明此时火星上可能存在产甲微生物活动的可能性很小。
2014年4月,“好奇”号传回了矮行星谷神星和巨型小行星灶神星的图像。
2014年12月16日,美国宇航局(NASA)的科学家宣布,“好奇”号已经明确发现了火星上的第一个有机化合物
2015年3月下旬,美国科学家首次表明火星表面有在火星沉积物加热过程中释放的氮气。美国宇航局称之为“生物有用”的氮以一氧化氮的形式存在,可能是从硝酸盐分解中释放出来的。这一发现,为火星曾经适合生命居住观点提供了支持。
2015年6月18日,“好奇”号探测器在火星陨石样本中发现大量甲烷,证明了火星上有微生物存在。
2015年8月6日,“好奇”号探测器传回的一张照片再度引起UFO爱好者热议,因火星影像中似乎出现一名拥有长发与胸部的“外星女性”。根据照片中的影像,这看起来像是一位披着斗篷的女人,而从其胸前的阴影,可推断她拥有一对乳房,而在较明亮的部分,可看见她的两只手臂及长发。
2015年11月,“好奇”号火星车传回的图像显示,火星疑似存在过“巨大啮齿动物”。
2016年10月1日,“好奇”号火星车开始了第二次为期两年的扩展任务,继续探索夏普山下半部分。当时,火星探测车已经向地球传回了超过180000张图像。美国航空航天局宣布,该任务“已经实现了其主要目标,即确定着陆区是否曾经提供过有利于微生物生命的环境条件。
2017年2月23日,“好奇”号火星车自着陆以来已经行驶了15.63千米。
2017年3月,喷气推进实验室(JPL)控制器向“好奇”号火星车的主控电脑上传了用于牵引力控制的软件,可帮助火星车根据其攀爬的岩石调整车轮速度,以减少来自岩石等障碍物的压力。
2019年10月,美国航天局表示,“好奇”号火星车在火星盖尔陨石坑内发现了富含矿物盐的沉积物,表明坑内曾有盐水湖,显示出气候波动使火星环境从曾经的温润、潮湿演化为如今冰冻、干燥的气候。
2021年8月18日,美国航空航天局公布了“好奇”号火星车近期以全景形式拍摄的环境画面,当时它正在探索位于盖尔陨石坑中心区域的夏普山,已工作超过9年。
2021年11月4日,美国国家航空航天局(NASA)戈达德航天飞行中心的一个国际研究小组利用“好奇”号火星车上的一项新实验,在火星上发现了以前未知的有机化合物。研究结果发表于最新一期《自然·天文学》杂志。
2023年4月,地面工作人员对“好奇”号的软件进行了升级,使火星机器人能够更快地行驶,并减少车轮的磨损。
整体设计
航天器
航天器是“好奇”号火星探测车在飞出地球大气层脱离运载火箭飞往火星阶段的承载装置,这个装置由巡航器、带有隔热罩的航空外壳和一个机械装置(EDL系统)组成。总质量为3893千克,其中EDL系统重2401公斤、巡航器重539公斤、火星车中899公斤。
着陆系统(EDL)
火星车进入火星后,其着陆阶段的任务由着陆系统承担。由于“好奇”号火星车的质量远程以往的天问一号,因此无法采取安全气囊着陆,美国航空航天局选择了引导式下降和天空起重机着陆系统来实现火星车的着陆。涉及四个独立的阶段:引导进入,降落伞下降,动力下降和空吊着陆。
巡视器——火星车
车身结构
“好奇”号火星车(简称:“WEB”)的车身是由6个独立电机驱动的转向轮和车身框架构成,主要用于承载和保护车体内搭载的各种设备。整体是一个类似于箱体的结构,顶部由一个称为车体设备甲板(英文: Rover Equipment Deck 简称:红色)的部件封闭。这个类似于箱体的结构,可以控制车的温度,保证设备的正常运行。车轮由铝合金制成,由用于牵引的夹板和用于弹性支撑的弯曲钛弹簧,两个前轮和两个后轮拥有独立运行的电机可以支持车轮进行360度转向,以及拱形转弯。车轮和车身的连接杆是由钛合金制成,悬挂系统采用的是类似于以往火星探测车的“摇臂转向架”结构。这种悬挂结构可以使“好奇”号火星车顺利越过如岩石等障碍物,也可以穿越超过车轮直径约50厘米大小的的孔。而整个车身设计,可以保证车身在45度倾斜内的稳定,而且火星车内部的“故障保护限制”程序来避免车身倾斜超过30度。
主控电脑
主控电脑相当于“好奇”号火星车的大脑,负责维持火星车的工作、检测运行情况、与地面通信交换信息等任务。“好奇”号火星车的主控计算机位于车体内一个“车载计算元件”(RCE)的模块内,这是一个采用PowerPC750架构的抗辐射中央处理器,运算速度达到200兆赫兹的计算机,运算速度是“勇气”号和机遇号火星探测器计算机10倍。火星探测车工作时,计算机通过被称为“总线”的通信接口来实现与火星车仪器和传感器数据的交换。并通过这个接口,控制电机、科学仪器和通信。
此外,火星车还携带有一个惯性测量单元(IMU),可以向主控电脑提供火星车所在位置的3轴坐标信息协助火星车进行安全导航,以及精确的垂直、水平、左右运动,并估算火星车在火星表面行驶时的倾斜角度。“好奇”号火星车的主控电脑有一主一副两套组成,其中一套为备用,在另一套主控电脑无法正常工作或休眠时,替代其继续指挥火星车的工作。
2023年4月3日-7日,美国航空航天局为“好奇”号火星车进行计算机软件升级,为其编入了专门用于图像处理的软件。
能源装置
“好奇”号火星探测车的能源由位于车身尾部的放射性同位素动力系统提供,该系统利用放射性衰变的热量发电。该系统采用一个由由陶瓷制成的容器将4.8 千克的二氧化钚容纳其中,能够产生略高于100瓦的电力,以支持火星车的工作。而且,NASA的工程师还为“好奇”号火星车准备了2个锂离子可充电电池,保证当工作需求电力超过峰值时的正常电力供应。
通信系统
“好奇”号火星车与地面的通信依靠它搭载的3根天线,超高频天线、X波段高增益天线、X波段低增益天线来完成。一般情况下,火星探测车与地面的通信都是依靠超高频天线(UHF)来完成,UHF发射无线电借助2001火星奥德赛号火星勘测轨道飞行器为中转站,实现与地面的通信和信息、图像资料传输,而这其中,火星勘测轨道飞行器是在火星车和地球之间数据传输的主要中转站。X波段高增益天线主要用于接收地球的任务团队的命令,安装在“好奇”号火星车的尾部中间位置(“背面”),呈六角形,直径0.3米。X波段低增益天线主要用于接收信号,并以低速率将无线电波传输到地球上的深空网络天线。
而地面通信系统主要由美国航空航天局的深空网络(DSN)负责,这是一个国际性网络,由三个相距约120度的深空通信设施组成,分别位于加利福尼亚州的戈德斯通,马德里,澳大利亚堪培拉。
搭载设备
工作仪器
机械臂:“好奇”号火星车上搭载着一支工作机械臂,类似于人类的手臂一样,由三个关节构成,能够精确地在岩石上伸展、弯曲和倾斜,以实现岩石打磨,拍摄显微图像和分析岩石和土壤的元素组成。在机械臂末端是一个类似十字架的结构,可容纳各种可以在360度范围内旋转的工具。在这个结构内,安装了5台设备,分别是阿尔法粒子X射线光谱仪(APXS)、火星手持镜头成像仪(MAHLI)、火星岩石分析收集和处理系统(CHIMRA)、钻探系统和除尘器(DRT)。
“好奇”号火星探测车的钻孔系统用和除尘器被称为DR系统,分为两部分。钻孔器是一个直径约0.63厘米的螺旋冲击钻头,这个钻头可以深入岩石层表面以下5厘米,并将岩石样本粉末化为合适的颗粒,再将这些颗粒沿着螺旋输送器向样品处理机构移动,而且,当其中一个钻头无法正常工作时,在火星车前部的钻头盒中还有备用钻头。除尘器是一种金属制成的刷子,可以用于清理岩石表面的灰尘层或者火星车的观察盘。
相机:相机是“好奇”号火星车的重要设备,火星车有17个相机“眼睛”,分别承担火星车的移动和科学调查等任务。具体可分为工程相机、科学相机和降落成像相机。包括8台工程避险摄像机(Hazcams)、4台工程导航相机、2台桅杆相机(Mastcam)、1台照相机(ChemCam)、1台机械臂手持镜头成像仪(MAHLI)以及1台下降成像仪(MARDI)。
科研仪器
阿尔法粒子X射线光谱仪(APXS),主要用于测量岩石和土壤中化学元素的丰富程度,由加拿大航天局提供,美国航空航天局圭尔夫大学、MDA太空任务、加利福尼亚大学-圣地亚哥分校康奈尔大学参与研制。该型光谱仪属于接触式仪器,它的传感器头类似于一个汽水罐大小,高度灵敏的X射线探测头被放置在一个锔源阵列中。APXS需要与机械臂和火星探测车中其他仪器相互配合,才能有效的完成任务。通过对岩石和土壤元素组成的分析,科学们可以了解到这些材料的形成和演化的过程。
火星手持镜头成像仪(MAHLI),是“好奇”号火星车的图像收集仪器,就相当于一个手持显微摄像机,主要用于对岩石和土壤中矿物、纹理和结构的显微成像。具备自动对焦功能,焦距18.3毫米-21.3毫米,到无限远处的21.3毫米图像清晰度高达1600x1200像素,分辨率达到了13.9微米/像素。闪存存储容量大8GB,还有一个128兆的动态随机存储器(SDRAM)。MAHLI同时装有白色光源和紫外线光源,使得该仪器白天黑夜都可以正常工作。而且,紫外线还可以帮助检测碳酸盐和蒸发矿物。
火星岩石分析收集和处理系统(CHIMRA),这个工具具有分拣、筛选和分装样品的舱室和系统,主要是用于岩石样本的分类和收集,它有一个类似于翻盖形勺子的收集器,还可用于收集土壤样本。工作时通过改变机械臂“手”的位置来对样品进行分类,同时使用振动装置将材料移动到内部的通道中。振动装置能够优先选择合适的份量,以便样本顺利进入岩石分析工具(SAM和CheMin)的入口。
火星样品分析仪(SAM),这个仪器由美国航空航天局戈达德太空飞行中心负责研制,由一台气象色谱仪、一台质谱仪和一台可调谐激光光谱仪组成,主要用于分析由探测器机械臂收集和传送的材料样本以及打起样本。具有鉴别各种含碳化合物和测定关键元素不同同位素比值的能力。
中子动态反照率测量仪(RAD),该仪器由俄罗斯联邦航天局提供,用以测量地下1米以下的氧气
环境监测站(REMS),该仪器由西班牙教育和科学部提供,主要用于测量大气压力,温度,湿度,风和紫外线辐射程度。
辐射探测器(RAD),用以探测火星表面的辐射环境,相关数据将用于对火星是否存在生命或者是否适合生命生存的评估。
相关数据
运载工具
“好奇”号火星探测器的运载工具为,宇宙神-5号541型运载火箭(阿特拉斯V-541)。该型运载火箭由洛克希德·马丁公司于1995年开始研制,是“宇宙神”系列火箭之一。设计用途是向地球同步轨道和低层转移地球同步轨道发射中型甚至是重型卫星。宇宙神-5号系列火箭,一般命名为“宇宙神-5/NXY”,其中N为4-5,表示前隔舱的直径(米);X为0-5,表示固体燃料加速器的数量;Y为1-2,表示第二级发动机的数量。
宇宙神-5号火箭采用的是两级结构,飞行控制组件分别安装在第一级和第二级中,其中,第一级火箭的主发动机采用的是俄制RD-180火箭发动机液体燃料发动机,火箭结构和箭身主材料为铝合金,为了保证火箭的坚固,还设计了特殊的燃料舱隔板,每个舱都有独立的地步。为了与下一级对接,又设计了三类过渡隔舱,主体为圆柱形,重270千克。第一级的飞行控制组件包括:燃料供给系统控制模块(燃料供给系统组件存在于RD-180发动机的油路中,可以保证动力系统稳定)、辅助遥测模块、飞行安全保障系统模块、两级陀螺仪(装备两级陀螺仪是因为,必须精确跟踪火箭沿倾斜角与俯仰角的转动,以保障其在飞行中的高度稳定性)和蓄电池组,都统一安装在位于火箭各级顶部外侧的一个集装箱内。
宇宙神-5号的第二级由“半人马-3”级火箭两个改进型中的一个构成,其中,第一个改型外径为3.05米,配置有一台RL10A-4-2型发动机;另一个改型外径为3.8米,配置有两台RL10A-4-2型发动机。半人马-3”级中安装的控制系统组件包括:基于1750A处理器的舱载计算系统、基于环形激光陀螺仪的惯性导航系统、转换器模块、主要及辅助遥测模块、飞行安全保障系统模块、蓄电池组。它们安装在火箭该级顶部的仪器舱,发动机的启动和关闭通过位于油路中的阀门系统实现。
发射场地
卡纳维拉尔角航天军基地(以下简称卡角基地)位于佛罗里达州卡纳维拉尔角(北纬28.5度,西经81度),该基地自然条件较好,平均气温22.5摄氏度,全年大部分月份湿度大,平均降雨量为1041.4毫米,最高海拔3.048米。发射场纬度较低,向东发射火箭时,可利用地球自转的附加速度,有利于卫星入轨。该基地隶属于美国航天军第45航天联队,是美国东方实验靶场的主要部分。自1950年7月首次发射一枚A-4/WAC“下士”火箭开始,先后承担过“宇宙神”火箭、“大力神”火箭、“宇宙神-阿金纳”火箭、“侦察兵”火箭、“土星-5”火箭等发射任务。
卡角基地几乎承担了美国所有向地球同步轨道的发射任务,此外,还承担过阿波罗飞船、天空实验室、不载人行星和行星际探测器、科学、气象、通信卫星等航天器的发射任务。卡角基地的发射阵地大体上可以分为两类:其一是从原有导弹发射阵地改制造而来的,如:19号大力神-双子星座发射阵地;其二是专门为航天发射而造的发射阵地,如:34号土星1发射阵地、36号宇宙神-半人马座发射阵地、39号土星5发射阵地等。是美国航宇局的载人与不载人航天器进行飞行前试验、测试、总装和实施发射的重要基地。
2011年11月26日,美国东部时间上午10时02分(太平洋标准时间上午7时02分),“好奇”号火星车在卡纳维拉尔角41号航天发射场搭乘宇宙神-5号运载火箭发射升空。
科学成果
分析火星土壤
2012年10月,“好奇”号火星探测器利用其“化学与矿物学仪器”(CheMin)将对这份样本进行分析,这是“好奇”号首次在火星上研究样本。仪器将评估火星是否曾经具备微生物生存的要素,科学家还在研究在“好奇”号附近土壤中发现的浅色物质。此前科学家认为这些物质是从探测器上掉下的碎片,但后来又认为这些物质源自火星,可能是另一种矿物质,或者是能反射阳光的晶体解理面
2013年9月26日,美国伦斯勒理工学院和美国美国航空航天局等机构的研究人员报告称,他们利用““好奇”号”携带的样本分析仪,将其登陆火星后获得的第一铲细粒土壤加热到835℃的高温,结果分解出水、二氧化碳以及含硫化合物等物质,其中水的重量约占2%。“好奇”号”还发现,火星土壤重氢碳比率与大气的测量结果相似,这说明火星表面土壤与大气存在“广泛的交互作用”,火星土壤可能像海绵一样从火星大气中获得水分与二氧化碳。
发现火星湖泊遗迹
2013年12月9日,在《火星盖尔陨石坑黄刀湾内存在适合生存的河湖环境》一文中,研究者认为盖尔陨石坑曾存在一个适合生物存活的琥珀。分析认为,这个琥珀存在于大约36亿年前,存续时间长达至少数万年。火星的这处湖泊具有多个适合生命存活的特点,如其水体平静,水质既不过于偏酸、也不偏咸,且拥有丰富的、维持生物生存所需的化学成分等。虽然““好奇”号”发布了如此宜居的地质条件,但科学家依然没有掌握火星存在远古生命的直接证据。
火星夏普山地形全景图
2015年4月10日,“好奇”号火星车在火星上工作的第952个火星日期间,利用桅杆相机(Mastcam)的右相机纪录了夏普山的全景图像,这张全景图从左侧的东南偏南的位置到西南偏西的位置。图像颜色大致是白平衡的,类似于在地球上白天的环境。在这张图像上可以看到夏普山的位置、基本轮廓以及地形。2021年9月初,“好奇”号探测器拍摄了一张360度全景照,部分原因是为了帮助“好奇”号在地球上的人类团队了解该处地形并绘制未来可能的路线图。在这张水平方向压扁的特色图像中,“好奇”号拍摄到了火星上令人惊叹的景象,包括层叠的山丘、红色的岩石地面、灰色的流沙和布满沙尘的大气。
发现有机物及甲烷变化规律
2018年6月8日,《科学》杂志刊登了4篇文章,记载了两个新的发现,其一,人类首次在火星上发现有利于物质保存的硫化物质质;其二,发现甲烷浓度随季节变化的规律。这两个发现进一步加强了盖尔撞击坑在远古时期的宜居性,但距离证明火星存在生命仍有较长的一段路要走。除了生命活动之外,一些无机过程,包括碳质小行星和彗星的加入,都有可能在火星上形成或带来有机质。火星是太阳系由内往外数第四颗行星,属于类地行星,直径约为地球直径的一半,自转轴倾角、自转周期相近,公转一周则花两倍时间。其橘红色外表是因为地表被赤铁矿(氧化铁)覆盖,火星被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星。
火星曾经是河流星球
2023年10月,美国科学家在最新一期《地球物理研究快报》杂志上发表文章称,在使用数值模型模拟了数千年来火星上的侵蚀,发现火星上常见的火山口样结构(梯鼻地貌)很可能是古代河床的“残骸”。这项研究首次利用卫星数据、“好奇”号传回的图像和墨西哥湾海底数百万年沉积的地层的3D扫描图像,训练计算机模型,从而绘制出古代火星土壤侵蚀的地图,为常见火星陨石坑如何形成提供了新见解。表明火星上的大部分陨石坑可能曾经是适宜生命居住的河流,火星可能曾经是一个河流星球。
火星裂缝可能适合人类生存
2023年1月,科学家根据“好奇”号在探测盖尔陨石坑时获得的数据,发现陨石坑中纵横交错的裂缝中,可能充满了富含水的蛋白石,这可能是人类未来探索火星的重要资源。研究还发现,巨大的火星地下裂缝网络提供了丰富的水和辐射屏蔽条件,可能比火星地表更适合居住。
从早期地球和火星沉积岩中寻找生命
火星探测车和轨道器数据显示,盖尔陨石坑和耶泽罗陨石坑含有大于35亿年前的无定形二氧化硅、黏土矿物和碳酸盐矿物(碳酸镁)等。同样,地球上最早的生命记录也发现于碳酸盐岩或相关的沉积相中。通过类比研究地球太古宙碳酸盐岩、陆相碳酸盐岩、水合碳酸镁矿物、陆相硅质岩以及碳酸根黏土矿物组合中的生命信号,有助于理解耶泽罗陨石坑沉积的天体生物学意义。 
在Gale陨石坑观察到亏损的碳同位素组成
2012年8月—2021年7月间,“好奇号”火星车对Gale陨石坑附近河湖相沉积系统开展了长期探测,共采集和分析了30余个钻孔样品,这些样品均取自Gale陨石坑数百米地层中不同的岩性单元,代表了该区域复杂的演化历史,为碳同位素研究提供了绝佳机会。
评价与影响
“好奇”号项目总投资高达25亿美元,是美国航天航空局投入较大的一个火星探测项目。因其强大且齐全的载荷装备被赋予了火星“超级实验室”的美誉。人们寄希望于“好奇”号可以在计划瘦没之内的科学探索中,深入解答“火星是否有过生命”“在远古时代是否有适合生存的环境”等一系列系统性问题的疑问。“好奇”号登陆后,取得了许多重大发现,对人们认识火星、推测火星是否可能存在生命,有着十分重要的价值。
作为一项重大的空间探测工程,好奇号火星车也有着较为广泛的社会影响,并且通过各种社会活动传播火星知识,激发人们探索未来领域的动力。在火星车发射前,美国航空航天局还在其网站开展了一项电子签名活动,鼓励有兴趣的网友可以在相应的网站上填写自己的姓名国籍等信息,NASA会返还一个证书,然后将所有参与电子签名活动网友名字刻录到一枚电子芯片上。这枚芯片已经随同火星车一起登陆火星。当时,全球参与这项活动的网友约有14万人,其中美国3.8万,巴西3.4万,加拿大1.2万。在“好奇”号火星车登陆火星之后,NASA依托“好奇”号开展了多项科普和互动活动涉及艺术、英语语言、科学、数学等科目,面向美国的所有年龄段的学生。分别以图像、视频和互动项目展示。而且这个活动不仅依托“好奇”号火星探测器,还包括美国此后发射的相关探测器。
参考资料
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马斯克的火箭是在哪里发射的?.凤凰网文化.2023-11-08
【前沿报道】Science:火星生命探索——“好奇号”发现古老的火星有机物与季节性变化的甲烷.【前沿报道】Science:火星生命探索——“好奇号”发现古老的火星有机物与季节性变化的甲烷.2023-11-10
科学家解析火星甲烷之谜.中国科学院.2023-11-10
火星或曾是河流星球.中国科学院.2023-11-10
NREE:从早期地球和火星沉积岩中寻找生命.中国科学院地球科学研究所.2023-11-16
PNAS:火星Gale陨石坑观察到亏损的碳同位素组成.中国科学院地球科学研究所.2023-11-16
学生活动.NASA.2023-11-16
目录
概述
任务背景
任务历程
前期准备
发射升空
火星着陆
火星探测
整体设计
航天器
着陆系统(EDL)
巡视器——火星车
车身结构
主控电脑
能源装置
通信系统
搭载设备
工作仪器
科研仪器
相关数据
运载工具
发射场地
科学成果
分析火星土壤
发现火星湖泊遗迹
火星夏普山地形全景图
发现有机物及甲烷变化规律
火星曾经是河流星球
火星裂缝可能适合人类生存
从早期地球和火星沉积岩中寻找生命
在Gale陨石坑观察到亏损的碳同位素组成
评价与影响
参考资料