新华社快讯:美国航天局的直播画面显示,“洞察”号无人探测器26日在火星成功着陆。
另据NASA:
洞察号发射于2018年5月5日,自此它就开始了在宇宙中长达6个半月的航行。11月26日,它将会以6倍于高速子弹的速度抵达位于火星大气层顶端的指定位置。接着,它就会开始一套被称为EDL(Entry, Descent, and Landing)的着陆流程(包括进入大气层,减速和着陆三步):它将会在六分半钟内减速到能安全着陆的速度,伸出着陆腿来接受火星地面对它的反推。
美国当地时间11月26日,NASA最新研制的“洞察号(Insight)”探测器完成六年来的首次火星着陆。这种形似蠕虫的探测器,将帮助我们首次深入观察火星内部,为我们揭开太阳系演化的新篇章。
这是“好奇号(Curiosity)”火星车着陆后的首次地面任务,该地点距离其着陆点约600公里。NASA在加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)进行现场直播。据悉,该实验室负责管理这项耗资8.14亿美元的任务。
美国对洞察号投资了8.138亿美元,其中包括用于运载火箭及服务、航天器和操作的1.63亿美元。欧洲的主要投资者法国和德国还投资了1.8亿美元,主要用于地震仪和热流仪器。 在研发一项独立但互补的任务——Mars Cube One(MarCO)计划上,JPL和NASA的投资也超过1800万美元。
给火星“把把脉”
当火星在其轴上旋转并绕太阳运行时,会像陀螺一样摆动,因为太阳会将其拉离又推回其轨道(就像地球那样)。我们目前已经知道火星在每个火星年都会更新频率,但我们不知道具体的规律。这种变化将帮助科学家确定火星内核的大小和组成。如果内核为液体,则将产生更大的摆动频率。
RISE(Rotation and Interior Structure Experiment,旋转与内部结构实验)包括飞行器顶部的两个X波段天线,它们将无线电信号发送到地球上的接收站,供科学家跟踪和测量。当“洞察号”随行星旋转时,它们的表观频率将发生变化。由多普勒效应引起的频率变化使得RISE团队能够测量“洞察号”航天器与地球上的接收站之间的距离,通常是在几十厘米之内的范围内,但这也比十亿分之一的距离要好得多。
观察频率变化并测量在洞察号执行任务的这一个火星年(大约两个地球年)内的摆动程度将最终表明火星的内核是液体还是固体。
这也将成为解释地球弱磁场的一步。普遍认为,像地球一样强大的磁场对生命有益,因为它偏转了太阳的大部分太阳风,降低了太阳剥离行星大气层的能力。地球液态铁外核内的旋流对流产生了这种“行星发电机”。火星缺乏强大的磁场,可能是由于外核较薄或缺少液体,这很可能是火星早期大气因太阳风剥落而消失的罪魁祸首。
SEIS监测火星地震
SEIS(Seismic Experiment for Interior Structure,内部结构地震实验)将通过地震波测量火星的内部活动和结构,这些地震波来自于火星的地震、陨石撞击、山崩、沙尘暴和由于火星两个卫星的引力引起的地壳潮汐。当地震能量穿过火星时,地震波会在层边界处反射,并随着其经过的物质性质的变化而弯曲。
Hudson说:“地震学就像用超声波来检查身体。不同的震源,如地震或撞击,会产生具有独特特征的波,正如乐器的不同音色。”
地震仪通过弹簧和重物检测垂直地面运动,其运动产生以数字方式记录的电压。“海盗号(Viking)”着陆器上搭载的地震仪已有40年的历史,与之相比,SEIS大大改进,它甚至具有可以检测小于氢原子宽度的振动的灵敏度。
这种灵敏度需要细心保护。在地球上,科学家将地震仪埋在地下,但在火星上无法做到。着陆后,洞察号的机械手臂将SEIS放置在地面上,然后在其上方放置一个圆顶形的盖子,这是防风热罩。这个“便携式孔”将保护SEIS免受火星100华氏度的温度波动影响,同时配有一个坚韧聚脂材质的铠甲式裙边,垂至地面,可以防止风的振动影响。
虽然火星的构造较地球平静,但科学家们预计,由于大气层变薄、没有水源,火星会经历更多可探测的陨石撞击。如果SEIS检测到任何信息,它将与火星勘测轨道器(Mars Reconnaissance Orbiter)协调以进行图像确认。
“如果洞察号捕获了某些撞击信息,而且我们认为这些撞击发生在火星的某个区域,就可以确认是否新的撞击物,”Hudson说。科学家们非常希望能在洞察号为期两年的任务中检测到5至10颗流星撞击。
除了这些高能量的地震事件,SEIS还能检测到更慢的变化。他补充道:“我们还将看到火星在潮汐中如何弯曲和膨胀。就像卫星的引力使地球产生潮汐一样,火星的卫星(比地球小得多,但离它们的母行星更近)会导致地壳的起伏。这片土地的潮汐运动幅度非常小,是毫米级的。地震仪可以测量它升降的速度,由此我们可以分析地壳的厚度。地壳越厚,运动幅度也会越小。”
Hudson说,不出所料,SEIS的设计极具挑战性,最终导致探测器推迟发射。由于极高的灵敏度,SEIS需要被密封在真空中。但设计团队一直在跟踪检测是否存在缓慢的空气泄漏情况。事实证明,真空两侧的仪器组件之间存在连接,需要完整的设计和制造加以检修。
这一延误造成约1.5亿美元的成本超支,并且直接导致错过了2016年的发射时机,需要再等26个月才能获得下一次火星发射机会。但是这段额外的时间也使得Hudson的团队能够对任务中独一无二的热流仪器进行改进。
HP3给火星测“体温”:“这种仪器前所未有。”
最后部署的仪器是HP3(Heat Flow and Physical Properties Package,热流和物理特性包),用于测量火星内部的热量,这些热量来自于行星形成的剩余以及放射性元素的衰变。这与形成火星表面、形成太阳系中一些最高的山峰和高度是珠穆朗玛峰三倍的火山所需的热量相同。最重要的是,限制热流将有助于解决一系列问题,例如火星、地球和月球是否像科学家所认为的那样由同一物质演变而来,以及当前火星在地质上的活跃程度等。
但HP3的具体数据采集必须发生在地表以下。为了避免地表温度波动,读数必须在地下3到5米(约10到16英尺)。为此,工程师设计了一种自钻孔圆柱形探针,或称“钻孔机(mole)”,将其连接在一根长系绳上,内嵌温度传感器,其测量精度达到百分之一度。探针内部的一个机械装置能使其钻出5米的深度,这比人类在任何其他行星、卫星或小行星上挖的都要深。 钻孔完成后,拉动探针后方的长绳即可。
Hudson解释道:“随着钻孔机逐渐穿入地下,它会定期停止并测量地面的导热系数。一旦达到最终深度,嵌入式传感器将反馈地下温度随深度的变化,这就是地热梯度。我们预计5米以上的温度增幅只有1到2度。这个变化非常小,但对于HP3的温度传感器来说已经足够了。深入地下极具挑战,但越深,获得的数据就越真实。”
钻孔机的设计也面临着巨大的挑战:它必须是一个重量小于1公斤的独立钻井装置,能够在10瓦的可用功率下运行,强度能够穿透各种行星土壤类型,并且足够坚固,能够承受钻孔锤击过程中自身施加的猛烈加速。除上述要求之外,还需包含一些精密的温度和方向传感器。
Hudson说:“以前没有人能够创造出像这样的装置,能够在资源匮乏的情况下自行穿透到行星的地下。HP3的钻孔装置可以同时产生超过10000个大气压的强烈锤击,可以承受上万倍的猛烈冲击,而且耗电比Wi-Fi路由器少,重量也只比一双鞋重一些。”
该仪器还将提供一批额外数据。
Hudson补充道:“这个过程将持续30天左右,钻孔机将每隔4天锤击几个小时,产生SEIS能够捕获的振动,从而使用该信息来分析着陆探测器附近的地下情况,例如基岩层的深度。这并不是我们火星任务的要求之一,但我们希望能够充分利用这一次来之不易的火星之旅。”
(来源: 新华社/猎云网)