“祝融”著陸!“天問一號”火星車如何顯神威
2021年05月15日08:41

  來源:科學探索獎

  “祝融號”成功著陸!北京時間2021年5月15日上午8點20分左右,我國天問一號著陸器確認成功降落火星,著陸地點位於火星北半球的烏托邦平原,著陸器上搭載的是我國“祝融”號首輛火星車。

  “天問一號”一次任務同時實施環繞探測和巡視探測,在國際上尚屬首次,環繞器與火星車“祝融號”之間將會聯動和配合,互相補充。目前歷史上已成功的火星著陸器/火星車只有10個,只對火星很小的區域進行過詳細探測,因此在火星的任何地點著陸都將會對人類認識火星產生重大影響。當前只有“好奇號”、“洞察號”和“毅力號”還在繼續工作,它們的探測區域基本都是在火星南部高地,而“天問一號”火星車著陸在火星北部平原,將會對全面理解火星的演化進程做出重要補充。

  天問一號火星車“祝融號”的主要科學目標是探測巡視區的形貌和地質構造、土壤結構和水冰分佈、表面元素和岩石類型、大氣物理特徵與表面環境等。為了完成巡視探測科學任務,火星車配置了地形相機、多光譜相機、次表層探測雷達、火星表面成分探測儀、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀共6台科學儀器。下面我們來詳細介紹下這些裝備都有何威力。

  地形相機可以對火星表面進行彩色成像,並獲取地形信息。火星車上有兩台地形相機,它們一左一右安裝在火星車的桅杆上,能夠對火星表面進行三維全景成像,並獲得巡視區的地形和地質構造。它們同時還有導航功能,為火星車指路。

  多光譜相機也安裝在火星車的桅杆上,覆蓋可見光-近紅外的9個波段,能夠對巡視區附近的礦物種類進行劃分。火星車上安裝有標準定標板,可以對相機進行標定,以獲取更準確地表面圖像和光譜。

  火星車的桅杆上還安裝了火星表面磁場探測儀,用於探測著陸和巡視區域的磁場,確定火星磁指數。它可以與軌道器上的火星磁強計合作,探測火星空間磁場並獲取火星電離層的電流,研究火星電離層電導率等特性。利用天然磁場躍變,探測火星內部局部構造。

  次表層探測雷達具有低頻(55 MHz)和高頻(1300 MHz)兩個通道,用於研究火星表面和地下的土壤、冰層厚度和結構。低頻通道以1米的垂直解像度探測火星地下100米的深度;高頻通道則以釐米級的解像度探測火星地下10米內的結構。

  火星表面成分探測儀是一種結合了主動和被動探測技術的光譜探測儀器。它有一個激光誘導擊穿光譜儀(LIBS),用來分析激光激發出的等離子體從紫外到近紅外的光譜(240-850 nm),可以對2-10m範圍內的物質進行探測,同時獲得亞毫米級解像度的顯微圖像,可識別不少於10種類型的元素,並獲取含量。火星表面成分探測儀還包括一個近紅外-短波紅外光譜儀,能夠獲取火星表面物質的近紅外-短波紅外光譜(850-2400 nm),很多礦物在這個譜段範圍內都具有非常明顯的光譜特徵。因此,火星表面成分探測儀可以分析火星表面物質的礦物/元素組成,並識別不同類型的岩石。它還可與軌道器上的火星礦物光譜分析儀進行聯動,為軌道光譜儀提供地面標定信息。

  火星氣象測量儀可以獲取溫度、壓力、風速、風向等關鍵的大氣狀態數據,對火星表面氣象情況進行監測。它能夠測量-120~50℃的溫度,解像度可達到0.1℃;測量1-1500 Pa的壓力,解像度為0.1 Pa;測量0-70 m/s的風速,解像度可達0.1 m/s;測量0-360°的風向,解像度為5°;還可以測量20 Hz-20kH頻率範圍內的聲音。

  “天問一號”是中國深度探測火星的首個任務,利用軌道器、著陸器和火星車對火星進行全面的研究。天問一號火星車在火星北部平原的巡視探測,與相距不遠在高地北部的“毅力號”火星車、以及天問一號軌道器、“希望號”軌道器和火星快車、火星偵察軌道器等聯合對火星的探測,毫無疑問將會開啟火星科學研究的新篇章。

  (作者林紅磊為中科院地球與行星物理院重點實驗室副研究員;作者魏勇為“天問一號”首席科學家助理、國科大行星科學教授、2020年“科學探索獎”獲獎人)

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