“好奇”号火星车的利器

■ 杨孝文

当地时间2011年11月26日，美国航空航天局的核动力火星车“好奇”号在卡纳维拉尔角空军基地发射升空。这辆火星车重1吨，将把火星探测提升到一个新的高度。“好奇”号的体积与一辆汽车相当，是美国航空航天局耗资25亿美元的“火星科学实验室”任务的核心，其主要任务是评估当前以及过去的火星是否支持微生物的存在。“好奇”号计划于2012年8月登陆火星，届时将利用其携带的11种不同科学仪器帮助科学家解答这个问题。

1.桅杆相机

桅杆相机（以下简称MastCam）是“好奇”号的主要成像工具，负责拍摄火星地貌的高解析度彩色照片和视频，供科学家进行分析。MastCam由两个照相系统构成，安装在“好奇”号主车身上方的一根桅杆上。当“好奇”号在火星表面行进时，MastCam能够获得很好的视野。MastCam拍摄的照片将帮助任务组驱动和操控“好奇”号。

2.火星手持透镜成像仪

火星手持透镜成像仪（以下简称MAHLI）的功能相当于一个超级放大镜，可以帮助地球上的科学家更细致地观察火星上的岩石和土壤。这台仪器可以拍摄小到只有12.5微米（不及一根人发的直径）的地貌特征的彩色照片。MAHLI安装在“好奇”号5关节约2.1米机械臂的末端，本身就是一个工程学奇迹。形象地说，这台仪器就是科学家的一个高科技手持透镜，将对准他们希望对准的任何地方。

3.火星降落成像仪

火星降落成像仪（以下简称MARDI）是一台小型摄影机，安装在“好奇”号的主车身上，负责拍摄“好奇”号降落在火星地面这一过程的影像。届时，这辆火星车将借助一个悬浮的火箭动力太空起重机完成降落。MARDI将在“好奇”号距离火星地表1600米或3200米时启动，此时的“好奇”号将丢弃隔热板。在“好奇”号触地前，这台仪器将以每秒5帧的速度拍摄影像。MARDI拍摄的影像将帮助“火星科学实验室”任务组规划“好奇”号的火星之旅，同时为科学家提供登陆地——直径约16千米的盖尔陨坑——的地质信息。

4.火星样本分析仪

火星样本分析仪（以下简称SAM）是“好奇”号的“心脏”，重约 38千克，占到“好奇”号所携带科学仪器总重量的1/2左右。SAM由三个独立的仪器构成，分别是质谱仪、气相色谱仪和激光分光计，负责搜寻构成生命的要素——碳化合物。除此之外，它们还将搜寻与地球上的生命有关的其他元素，例如氢、氧和氮。

SAM安装在“好奇”号主车身内，“好奇”号的机械臂通过车外的一个进口将样本送入SAM。“好奇”号采集到的一些样本将来自于岩石内部，利用机械臂末端约5厘米的钻头钻入岩石提取。迄今为止，人类所有登陆火星的火星车都没有安装可提取岩石内部样本的工具，因此，科学家对这个钻头既感到兴奋，又充满期待。“火星科学实验室”项目负责人、美国航空航天局位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室的乔伊·克里斯普表示：“对于一名研究岩石的地质学家而言，没有什么能够比获取岩石内部样本更让他感到兴奋的了。”

5.化学与矿物学分析仪

化学与矿物学分析仪（以下简称CheMin）可用于确定火星上的矿物类型和数量，帮助科学家进一步了解这颗红色星球过去的环境。与SAM一样，“好奇”号的机械臂通过车外的一个进口将样本送入CheMin进行分析。分析时，这台仪器向样本发射X射线，根据X射线的衍射确定矿物的晶体结构。克里斯普在接受采访时表示：“在我们看来，这就像是在变魔术。”X射线衍射是地质学家常用的一种重要的分析技术，从未在火星上使用过。CheMin将帮助“好奇”号进一步了解火星矿物的特征，超过它的前辈“机遇”号和“机遇”号火星车。

6.化学与摄像机仪器

化学与摄像机仪器（以下简称ChemCam）可以向约9米外的火星岩石发射激光使其蒸发，而后分析蒸发的岩石成分。此外，ChemCam同样可以帮助任务组远距离确定是否应该派遣“好奇”号前往一个特定的地带进行探测。ChemCam由几个不同组件构成：激光器安装在“好奇”号桅杆上，旁边是一台摄像机和一架小型望远镜；三台光谱仪安装在车身上，通过光纤与桅杆上的设备相连，负责分析蒸发的岩石样本中受激电子发出的光线。

7.阿尔法粒子X射线分光计

“好奇”号预期着陆的概念图

阿尔法粒子X射线分光计（以下简称APXS）安装在“好奇”号机械臂末端，负责测量火星岩石和泥土中不同化学元素的数量。届时，“好奇”号将让APXS与样本接触，APXS通过发射X射线和氦核进行分析。这些“弹药”能够将样本中的电子撞出轨道，进而产生X射线。根据放射出的X射线的特征能量，科学家能够确定元素的类型。“机遇”号和“勇气”号安装了早期版本的APXS，用于揭示水在火星地貌形成过程中扮演的角色。

8.中子反照率动态探测器

中子反照率动态探测器（以下简称DAN）安装在“好奇”号主车身背部附近，将帮助火星车寻找火星地下的冰和含水矿物质。这台仪器将向地面发射中子束，而后记录下中子束的反弹速度。氢原子往往延缓中子的速度，如果大量中子速度迟缓，便说明地下可能存在水或者冰。DAN能够发现地下约2米深处浓度只有0.1%的水。

9.辐射评估探测器

辐射评估探测器（以下简称RAD）的体积与一台烤面包机相当，在设计上用于帮助准备未来的火星探索任务。这台仪器负责测量和确定火星上所有类型的高能辐射，包括快速移动的质子和伽马射线。RAD的观测数据可以帮助科学家确定宇航员暴露在火星环境下时将受到多大剂量的辐射。此外，这一信息也有助于科学家了解辐射环境对火星生命的产生和进化构成多大障碍。

10.火星车环境监测站

火星车环境监测站（以下简称REMS）安装在“好奇”号桅杆中部，是一座火星天气监测站，负责测量大气压、湿度、风速和风向、空气温度、地面温度以及紫外辐射。所有这些数据会聚成每日和每季报告，帮助科学家详细了解火星环境。

11.进入、降落与着陆仪

火星科学实验室进入、降落与着陆仪（以下简称MEDLI）并不是“好奇”号携带的仪器之一。这一装置内置在隔热板中，负责在“好奇”号穿过火星大气层时对其进行保护。在“好奇”号穿过火星大气层的过程中，MEDLI也负责测量隔热板经受的温度和压力。这些信息将帮助工程师了解隔热板的状况，同时利用这些数据改进未来的火星探测器。