美国宇航局的火星探索计划对这颗红色星球有一个长期的、系统的探索计划。火星任务是相互依存的,先前任务的发现和创新指导着接下来的任务。火星任务是由进化的、发现驱动的科学策略指导的,这些策略为火星科学探索主题提供了连续性。

这个项目的科学策略是寻找生命的迹象。2020年火星任务的“毅力”号探测器为这一战略以及该计划的四个长期科学目标做出了贡献。

目标1:确定火星上是否曾经存在生命

“毅力”号探测器的任务重点是基于火星表面环境的研究,在岩石样本中寻找保存下来的生物特征,这些岩石形成于可能有利于微生物生存的古代火星环境。这是第一个旨在寻找过去微生物生命迹象的探测车任务。

“毅力”将探索一个可能适宜居住的地点。它将寻找过去生命的迹象,留出一个具有最引人注目的岩芯和土壤样本的可回收贮藏物,并展示未来人类和机器人探索火星所需的技术。利用过去火星任务中关于火星上有水和可居住性的发现,“毅力”代表着直接寻找过去微生物生命迹象的转变。

目标2:描述火星的气候特征

过去的火星气候条件是“毅力”号任务的重点。探测车上的仪器正在寻找过去可能存在微生物生命的远古宜居环境的证据。

目标3:描述火星的地质特征

SHERLOC仪器位于NASA火星2020漫游者机械臂的末端。SHERLOC(用拉曼光谱扫描可居住环境有机物和化学物质)是一种光谱仪,将提供精细尺度的成像,并使用紫外线激光确定精细尺度的矿物学和检测火星上的有机化合物。(NASA /姓名)

“恒心”的设计目的是研究岩石记录,以揭示更多有关地质过程的信息,这些地质过程创造并改变了火星地壳和表面。火星表面的每一层岩石都有其形成环境的记录。漫游者寻找在水中形成的岩石的证据,这些岩石保存了有机物的证据,有机物是构成生命的化学物质。

探测车将调查火星的一个地区,那里的古代环境可能有利于微生物的生存。在整个调查过程中,它将收集土壤和岩石样本,并将它们储存在地表,以便在未来的任务中返回地球。科学仪器将用于分析火星岩石的化学、矿物、物理和有机特征。

目标4:为人类探索做好准备

月球车将展示利用火星环境中的自然资源维持生命和提供燃料的关键技术。它还将监测环境状况,以便任务规划者更好地了解如何保护未来的人类探险家。这次任务还提供了收集知识和展示技术的机会,以应对未来人类火星探险的挑战。这些包括测试从火星大气中生产氧气的方法,确定其他资源(如地表水),改进着陆技术,以及描述天气、灰尘和其他可能影响未来宇航员在火星上生活和工作的潜在环境条件。

火星氧原位资源利用实验(MOXIE)装载在Perseverance的底盘上。MOXIE将展示一种方法,未来的探索者可能会从火星大气中产生氧气作为推进剂和呼吸。MOXIE通过从火星大气中收集二氧化碳,并用电化学方法将二氧化碳分子分解成氧气和一氧化碳分子。然后对氧气的纯度进行分析,然后与一氧化碳和其他废气产品一起排出火星大气层。(NASA /姓名)

科学仪器

“毅力”号上的科学仪器是获取火星地质、大气、环境条件和潜在生物特征信息的最先进的工具。

Mastcam-Z-这对相机拍摄彩色图像和视频,三维立体图像,并具有强大的变焦镜头。和“好奇号”上的桅杆摄像机一样,Mastcam- z由安装在桅杆上的两个重复的摄像机系统组成。摄像头彼此相邻,指向同一个方向,提供类似人眼所能看到的3D视图,但更好。它们还有缩放功能,可以看到远处目标的细节。

梅达-火星环境动力学分析仪(MEDA)可以测量风速和方向、温度和湿度等天气,还可以测量火星大气中尘埃的数量和大小。传感器安装在探测车的桅杆上、甲板上、前部和内部。

勇气-二氧化碳构成了火星大气中96%的气体。氧含量仅为0.13%,而地球大气中的氧含量为21%。火星氧气原位资源利用实验(MOXIE)将展示一种方法,未来的探索者可能会从火星大气中产生氧气作为推进剂和呼吸。这个汽车电池大小的仪器从火星大气中收集二氧化碳,并用电化学方法将二氧化碳分子分解成氧气和一氧化碳分子。然后对氧气的纯度进行分析,然后与一氧化碳和其他废气产品一起排出火星大气层。

PIXL- x射线岩石化学行星仪器(PIXL)使用x射线荧光来确定目标点的化学元素,小到一粒食盐。它有一个微背景相机提供图像,将其元素组成地图与目标区域的可见特征相关联。

RIMFAX-火星地下实验雷达成像仪(RIMFAX)使用探地雷达波探测探测车下面的表面。它可以探测到地表下30英尺(10米)以下的冰、水或盐水,具体取决于材料。这是美国宇航局发射到火星表面的第一个雷达工具。

SHERLOC主要工具是光谱仪和激光,但它也使用微距相机来拍摄研究区域的极端特写。这为科学家们提供了背景,使他们能够看到可能有助于讲述岩石形成环境的纹理。安装在探测车的机械臂上,SHERLOC使用光谱仪、激光和相机寻找被水环境改变的有机物和矿物质,这些有机物和矿物质可能是过去微生物生命的迹象。

SuperCam-“坚韧不拔”上的超级摄像机用照相机、激光和光谱仪检查岩石和土壤,寻找可能与火星上过去的生命有关的有机化合物。它可以从超过20英尺(7米)的距离识别小到铅笔尖的目标的化学和矿物组成。超级摄像机向探测车机械臂无法到达的矿物目标发射激光,然后分析蒸发的岩石,以揭示其元素组成。像好奇号上的化学摄像机一样,超级摄像机向精确区域发射激光脉冲,然后它的相机和光谱仪检查岩石的化学成分。当激光击中岩石时,它会产生等离子体,这是一种由自由漂浮的离子和电子组成的极热气体。机载摄谱仪记录了等离子体的光谱,揭示了物质的组成。

沃森-作为SHERLOC的第二只眼睛,作战与工程广角地形传感器(WATSON)是一个近场至无限成像组件。沃森是一款基于好奇号火星手持镜头成像仪(MAHLI)的打印相机。集成是由SHERLOC内部现有的电子设备实现的。在“毅力”号机械臂上的炮塔手臂上,沃森捕捉到更大背景的图像,获取SHERLOC收集到的火星矿物目标的非常详细的信息。由于沃森可以在机械臂上移动,它还可以为其他安装在机械臂上的仪器提供漫游者部件和地质目标的其他图像;例如,它可以指向MOXIE,以帮助监测入口周围有多少灰尘聚集,让火星空气进入,以提取氧气。

资源

2020年火星科学目标

样品收集


金宝搏官网科技简报》杂志

本文首次发表于2020年6月号金宝搏官网杂志。

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