告别机遇号

刘声远

2019年2月13日，在机遇号火星车（简称机遇号）于火星大规模沙尘暴中沉寂差不多8个月之后，也是在它登陆和探索火星15周年之后仅几周时间，美国宇航局宣布向它做最后告別。

火星沙尘暴终结了它

2018年5月底，美国宇航局的火星勘测者号轨道器发现机遇号所在地——直径22千米的奋进环形山（陨击坑）附近有沙尘暴酝酿。沙尘暴很快就吞没了机遇号，最终蔓延到火星全球。遮挡阳光的浓密沙尘阻止机遇号的电池充电，机遇号由此进入冬眠，一直无法启动车载加热器。而火星的寒冷气温可降到足以让焊点及其他重要内部硬件裂口的程度。糟糕的情况的确发生了——6月10日之后机遇号就再无讯息。7月底，这场沙尘暴开始减弱。至9月中旬己减弱到美国宇航局能开始尝试唤醒机遇号的程度。科学家向机遇号发出连续指令，倾听它发回的任何哔哔声。这种联络必须持续进行好几个月，因为机遇号所在地的风季开始于11月。科学家希望，强风能把机遇号太阳能电池板上的尘埃吹落，从而让机遇号的电池重新充电，这样一来机遇号最终就可能苏醒。然而，机遇号始终没有醒来，而且看来永远也不会醒来了。

自从2018年6月以来，美国宇航局总共上千次尝试与机遇号联络。作为最后一次努力，该局2019年2月12日向机遇号发出终极指令，但它依然没有回应。13日下午，美国宇航局不得不宣布机遇号已经永远停止运作，并宣布正式向它永久道别。高尔夫球车大小的机遇号的终结，意味着2003年7月发射的双火星车——勇气号和机遇号任务也终结。勇气号在2011年就永久停转。当时，勇气号在火星冬天来临时无法重新朝向太阳，也就是说最终它被冻死。

超期服役它疲惫不堪

机器人火星车机遇号的运转期远远超过科学家预期。机遇号的设计任务期只有90个火星日，计划穿越剧离为1000米。但它实际上运转了14年半（5352个火星日），穿行距离接近48千米（超过任何机器人或人在外星上行进的距离），其探索结果堪称重塑了科学家对火星的了解。它在停转前经历了极端温度变化和辐射，却在2018年6月遭遇火星全球范围的强沙尘暴。这对机遇号来说是致命一击，因为机遇号完全依赖太阳能为车载仪器供电。机遇号最后一次向地球发回信号是在2018年6月10日。在很多次尝试联络和复苏它均告失败后，美国宇航局于2018年8月设定最后期限——如果45天内还未收到机遇号的回应，就宣布它死亡。到了2018年10月，这一期限延后到2019年1月以重新评估相关情况。美国宇航局之所以对机遇号如此不舍，一是因为它贡献卓著，二是因为它耗资不菲——高达4亿美元。

对于疲惫不堪的机遇号来说，它曾经致力于探索的火星表面的毅力谷地区现在成为它的墓地。2003年夏季，勇气号及其孪生兄弟机遇号先后升空。2004年1月24日，机遇号在火星子午线平原登陆。在此之前20天，勇气号在火星另一侧的古谢夫环形山登陆。这一双火星车任务为火星探索设定了新标准。在这两部火星车登陆之前，科学家想象不到它们的表现会怎样。科学团队合力为机遇号寻找在火星表面的可行路径，包括绕道和攀爬岩石、圆石、碎石坡以及在环形山底部行进路线。

舍得它因为它贡献大

科学家说，告别机遇号比告别勇气号更难。机遇号和勇气号发现，远古火星与今天的火星截然不同。今天的火星寒冷、干燥、荒凉，而远古火星在地面或地下都存在液态水。机遇号的设计目的是寻找火星过去水情况的线索。在超期服役过程中，它的成绩斐然。它在登陆地点遇到的珍珠状岩石，表明远古火星存在液态水。在此之前，美国宇航局发射的海盗1号和2号轨道器等在火星表面拍到了像是古代河道的地貌。机遇号则确凿无疑地证明火星在远古时期存在大量液态水。机遇号对火星表面黏土矿物质的检测表明，35亿年～40亿年前（地球生命起源时期）的火星水中至少一部分的pH值接近中性，也就是说当时的火星支持生命存在。勇气号在这方面贡献也很大。例如，它发现古谢夫环形山存在远古地热系统。这就证明至少远古火星的一些部位既存在液态水，也存在生命可能利用的能量来源。后来的任务证实并深化了这些发现。例如，美国宇航局的好奇号火星车发现直径154千米的盖尔环形山40亿年前曾有过一个长期存在、可能支持生命的湖泊和溪流系统。

虽然这一双火星车任务己宣告终结，但美国宇航局探索火星的计划远未结束。2018年11月登陆火星的洞察号火星车，已经对火星内部情况进行了一系列探测。2020年，美国宇航局和欧洲空间局将发射首批旨在探测火星微生物的火星车。

为什么好奇号不去救机遇号？

为什么美国宇航局不发射拯救飞行器去救助机遇号？毕竟，机遇号并非是第一部火星车，也不会是最后一部。最明显的机遇号拯救者是好奇號火星车。好奇号是比机遇号年轻、由核动力驱动的火星车。为什么不让好奇号抽出时间去看看机遇号发生了什么情况，以及是否可以修复？

第一个不幸的因素是距离。根据美国宇航局火星地图，机遇号和好奇号彼此间隔大约8400千米。好奇号的行进速度比机遇号快一点，但即便如此，要让好奇号去看望机遇号的话路途也太过漫长，根本不可能完成。火星车在火星上行进，全程都需要来自地球的指引。地球与火星之间的信息传输有迟延，哪怕火星车走一米远都要花几天时间。

第二个问题是，好奇号是一个探索机器人，而不是一个维修机器人。就算要把好奇号上的仪器组功能修改为清除机遇号太阳能电池板上的尘埃，也将是一个极大挑战，根本无法保证能成功救助机遇号。

最后一个问题是时间。就算好奇号能搭乘某种快车前往机遇号所在位置，火星冬季也正在降临，机遇号可能会迅速受损到自己根本无法保温，因而根本等不到修复的地步。

所以，我们只好告别机遇号。但谁能保证有朝一日人类登上火星，就不能设法让机遇号复生呢？机遇号在火星上最终会怎样？

机遇号在火星上最终会怎样？

地球是受到保护的生物圈。许多人类物品在地球之外都撑不了太久。太阳辐射很可能已经让美国大富翁马斯克2018年发射到太空的特斯拉流浪者号飞行器粉身碎骨。不过，这个“流浪者”本身有大量有肌纤维和塑料。火星车由更坚韧材料制成，但机遇号上的确有一些塑料部件（例如保温材料）最终可能会在强烈阳光照射下分解。尽管如此，科学家预计机遇号依然会在较长时间里基本保持原样，如果未来宇航员在几十年或百年后登陆火星，他们可能会看到布满尘埃的机遇号。

机遇号的运作前提是火星风会把它身上的尘埃吹落。但时间太长的话，尘埃和风究竟谁会胜出就不清楚了。或者，沙尘终会将机遇号掩埋。如果是几百万年后呢？在地球上，在地表任何一个地方一动不动的东西最终都容易被掩埋到地下，这是因为水和板块运动的效应。但这些效应在火星上并不存在。如果时间足够漫长，火星会遭遇足够多的外来天体撞击，被撞出的火星尘土最终回落并重造火星表面，将表面物体掩埋掉。

如果机遇号永留火星，几亿年后当外星人登陆火星时，他们会在岩石中发现机遇号的“化石”。美国宇航局希望有朝一日把人类送上火星，甚至最终在火星上建立人类定居点。机遇号团队首领己明确表示不打算把机遇号送回地球，但当人类定居火星后，他们有可能去寻找并保存机遇号。或许机遇号最终会进入博物馆，或者它探索过的地区最终将成为一个纪念公园。当然，人类有可能在较长时间里无法登陆火星，机遇号可能也变不成化石。还有一种可能是，再过几百万年，一颗陨星将把机遇号砸碎。

机遇号主要战绩

2005年3月20日，机遇号在一天里行进220米，创下单日行进最长距离纪录。

机遇号总共拍摄了超过21.7万张图像，其中包括15张360°彩色全景照。

机遇号打磨了52块岩石表面，揭示了新鲜矿物材料，还用刷子清理了另外72个目标供检测。

机遇号在自己登陆地点发现了在水中形成的一种矿物——赤铁矿。

机遇号在奋进环形山发现的迹象强烈暗示了远古火星水运动，而且这些水与地球湖泊或池塘里的可饮用水相似。

孪生火星车十人发现

诞生于火山勇气号在自己的登陆地点古谢夫环形山发现的玄武岩，强烈暗示该地区是火山爆发产物，火山爆发期间岩浆与水混合。

沙尘暴2005年，勇气号拍摄到火星上的一系列沙尘暴。这成为十分罕见的影像资料。

火星云两部火星车率先拍摄到火星天空中类似地球云的云团。

外星陨石2005年，机遇号在探索火星时偶然遇到一块篮球大小、由铁和镍组成的岩石。这也是在外星上发现的第一块陨石。机遇号后来又在火星上发现一系列陨石。

从火星看地球登陆火星后不久，勇气号回望地球，抓拍了从火星表面看到的地球照片。

测量火星温度来自两部火星车的数据，让科学家得以首次创制火星大气层温度分布图，首次证明火星表面有上升的暖气团。这后一个发现可能有助于设计未来的火星飞行器。

“蓝莓”和“新莓”登陆火星才几周后，机遇号就发现了富铁小球，科学家戏称其为“蓝莓”。随后，机遇号在火星上多个地方发现了更多“蓝莓”。科学家认为它们是含水矿物进入沉积岩的产物。2012年，机遇号发现了火星上结构和组成都不同的另一类小球，科学家称之为“新莓”，其起源仍然是谜。

远古潮湿火星两部火星车都发现了远古火星存在大量水的丰富证据。2011年，机遇号发现了这方面最令人信服的证据：一层薄而亮的石膏矿脉。它是几十亿年前流水在奋进环形山边缘沉积下来的。

可居环境2012年，科学家宣布机遇号正在探索奋进环形山边缘的一个特殊区域——马杰维克丘。那里包含的黏土矿物暗示该区域很久以前曾暴露在相对中性的水中。这样的环境被认为适合生命生存。

古地热系统2007年，勇气号的右前轮在勇气号于古谢夫环形山挖掘期间跛足，反而揭示出亮白色的纯硅沉积物。在地球上，这样的沉积物只可能由热水与岩石反应生成。所以，科学家认为勇气号偶然撞见了远古火星（就像美国黄石国家公园里那样的）地热喷口。这一发现显示，至少火星的一些部分曾经存在我们所知生命所需的两种关键成分：液态水和一个能量来源。

机遇号和勇气号的设计与规格

机遇号和勇气号都是由太阳能供电的6轮机器人火星车，站立高度都是1.5米，宽度都是2.3米，长度都是1.6米，重量都是180千克。六轮系统稳定性强。每个轮子都有自身的马达，火星车前后均可控制方向，安全操作角度达30°。这两部火星车的最大行进速度均为每秒5厘米，平均速度为每秒0.89厘米。

每个火星日，两部火星车的太阳能电池板各自发电14小时，可充电锂电池则储电供夜间使用。机遇号的车载电脑有256兆闪存。机遇号的运作温度为-40～40°C，放射性同位素加热器为它提供基本加热，必要时辅之以电加热。一层金膜和一层硅气凝胶为机遇号提供隔热保护。

机遇号与地球之间通信依靠的是一部低传输率全方位低增益天线和一部可操纵高增益天线，两者均与地球直接联络。另一部低增益天线被用于向环绕火星的飞船传输数据。

机遇号车载仪器组

全景相机

检测局部地面纹理、色彩、矿物组成和结构。

导航相机

视野更广的单色相机，像素较低，用于导航和驱动。

微型热辐射光谱仪

辨认有较高探索价值的岩石和表皮土作进一步检验，并且确定它們的形成过程。

哈兹相机

两部视野120°的黑白相机，提供有关火星车周围情况的更多信息。

火星车机器人臂载仪器组

穆斯保尔光谱仪用于近距离调查含铁岩石和表皮土的矿物组成。阿尔法粒子x射线光谱仪用于近距离分析组成岩石和表皮土的元素丰度。磁铁用于采集磁性尘埃颗粒。微型成像仪用于近距离获取岩石和表皮土的高像素图像。岩石磨损工具用于暴露新鲜材料供车载仪器检测。

机遇号供电系统

机遇号采用太阳能电池组和一只可充电化学电池供电。这类火星车都有两只可重复充电锂电池。任务期开始时，太阳能电池板在每个火星日为电池和车载系统提供大约0.9千瓦时的电能，但这个数字因为一系列因素而变动较大。在鹰环形山开始时电池供电0.84千瓦时，而到了第319个火星日则降至0.73千瓦时。

火星有季节变化，冬季光照减少。但火星年比地球年长一些，火星季节更替大约每两个地球年才完成一次。到2016年，机遇号已经历7个火星冬季，冬季期间电力下降意味着机遇号不能开展耗电厉害的探测活动。它的第一次火星冬季电量在两个月中降到0.3千瓦时以下，但随后的冬季情况则没这么糟糕。

降低发电量的另一个因素是火星沙尘，‘尤其是沙尘暴。火星距离太阳最近时，火星沙尘暴发生最频繁。2007年的火星全球沙尘暴让两部火星车电量剧降，以至于火星车每天的移动时间只有几分钟。

回顾好奇号登陆

2012年8月5日，轿车大小的好奇号火星车抓拍到自己登陆火星的场景。当时，好奇号上的火星降落成像相机拍摄到了六轮火星车好奇号在“惊心动魄6分钟”里的几百张照片，并将其中297张合并成一段时长1分钟的视频，首次显示出火星车登陆火星的惊心动魄场景，其中亮点包括好奇号与防热罩（直径4.5米）分离和天空起重机（由好奇号搭载的火箭驱动，它采用电缆让好奇号下降到火星地表）扬起的火星尘埃云。

其中首批照片是好奇号在着陆后大约两分半钟时拍摄的。在其中一张上，可见正在脱离飞船的防热罩。这张照片拍摄于防热罩脱落后大约3秒钟，属于好奇号从火星上发回的首批彩照之一。这段视频有些模糊，原因是这些照片在被好奇号传回地球之前被压缩了。全像素照片更好看，但它们只能被持续和少量传回。火星降落成像相机位于好奇号底部且镜头朝下，它是好奇号搭载的17部相机之一。它的主要任务是拍摄好奇号在登陆地点——直径154千米的盖尔环形山登陆情况，让好奇号的地面控制团队看到这座环形山（好奇号的探索目标）的鸟瞰情景。

好奇号是美国宇航局25亿美元“火星实验室”任务的核心，该任务尝试查明火星能否或曾经是否支持微生物生命。好奇号已经向地球发回大量数据，其中包括盖尔环形山中心的神秘小山——夏普山（直径5千米）的照片。好奇号正在探索火星10亿年来的环境变迁在岩石中留下的记录。好奇号搭载的10部科学仪器能全天候工作。

（责任编辑程辉）