機遇號(機遇號火星車)
xj
2023-08-21
美國國家航空航天局(NASA)開發了一種新的、更強大的指令集,試圖促使沉默已久的“機遇號”火星探測器( Opportunity rover)恢復運行。
自2018年6月10日沙塵暴席卷整個火星前不久,工程師們就一直沒有收到這個陷入困境的探測器的消息。“機遇號”探測器由太陽能驅動。自從它第一次陷入沉寂以來,對來自地球的數百次呼叫都沒有回應。團隊成員擔心它的任務已經結束。
“機遇號”火星探測器已經失聯了一個夏天,任務小組人員希望這次風暴過后,“機遇號”的太陽能電池板上只是落上了灰塵。這樣的話,他們同時希望火星上的自然季節性天氣現象能夠清除這些灰塵,讓“機遇號”得以重新充電。(這些除塵活動始于去年11月,預計本周將繼續進行。)
這一希望促使研究小組將注意力集中在一種旨在推動探測器在再次啟動時發出信號的指令上,即使“機遇號”內部的時鐘因風暴而仍處于非正常狀態。工程師們將利用加州的戈德斯通深空通信綜合設施(GDSCC)向探測器發送指令。
24號NASA剛剛慶祝完2004年1月24日著陸的“機遇號”登陸火星15周年,僅過了一天,他們便宣布了這一方法。2004年“機遇號”和它的孿生兄弟“勇氣號”著陸時,根據設計它們可以在火星上停留90天,每一天都比地球上的一天長40分鐘左右。
考慮到火星最近的天氣狀況良好,任務人員希望現在就能收到“機遇號”的消息。但事與愿違,“機遇號”現在正經受著火星寒冷冬季的猛烈沖擊,如果它沒有足夠的能量來維持溫度,則有可能進一步遭到損壞。
該機構表示將在“幾周內”向“機遇號”火星探測器發出新命令;如果到時仍然沒有回應,NASA將決定是否放棄對此任務的所有希望。
美國機遇號探測器,慘遭火星“滅口”,它究竟在火星上發現了什么?自2004年1月25日機遇號火星車抵達火星表面開始,已經向地球傳回了成千上萬張照片和探測數據。原計劃壽命只有90天的機遇號火星車,實際工作時間遠遠超出其計劃工作時間。直到2019年2月13日NASA在與機遇和火星車聯系800余次未果之后,才正式宣布任務結束。如果說這也能算火星將機遇號火星車“滅口”的話,那么火星的反應可能實在是太慢了點。
機遇號火星車是基于2001年發射的火星奧德賽號軌道器成功,后續火星探測計劃。位于火星軌道的奧德賽號軌道器提供了機遇號火星車的信號轉發任務,機遇號的信號發射并不需要直連地球,這也是為何機遇號可以持續工作15年之久一大原因。
機遇號在航天史上的偉大成就主要體現在兩個方面:
第一,極高超的自動控制能力。由于地球和火星之間的遙遠距離,地面實時控制有將近6分鐘的通訊延遲,所以無法進行遠程遙控,整個火星車降落計劃必須依靠機遇號自己。在降落地幾分鐘時間內,機遇號火星車完美地完成了大氣減速、降落傘減速和反推火箭啟動任務。并且在最終階段,反推火箭保持機遇號在火星表面上數米懸停,啟動球形氣囊將火星車包裹在其中,利用氣囊的反沖作用完成軟著陸。這可以說是人類在地表以外進行的,最為復雜的自動控制任務。絲毫不亞于咱們最近完成的嫦娥5號月球采樣任務。
第二,就是機遇號首次確定火星曾經存在液態水,并且現在還有可能存在地下水。機遇號降落的地點位于子午線高原,這里被發現了大量的結晶赤鐵礦(一種鐵銹),這意味著在遠古時期這里可能是火星巨大的海洋或者湖泊的所在地。機遇號進一步分析了火星的土壤成分,發現火星土壤中僅僅含有2%的水和空氣,余下的98%都是礦物質和金屬,并且首次在火星土壤中發現了鎳元素和鋅元素。這二者一般存在于地核之中,這意味著火星表面也曾經擁有活躍的火山噴發活動。
機遇號前往了一個遠古湖泊底部,在那里發現了包括赤鐵礦在內的許多含水礦物質,甚至在坑底部觀測到的水流流淌過后的痕跡。這基本確定了在遠古時期火星是存在的液態水,并且今天火星地下依舊可能存在著液態水。
上圖為赤鐵礦結晶
實際上機遇好的運氣還是非常之好的,他在火星之上還找到了一顆鐵鎳構成的隕石,這也是人類首次在外星球尋找到隕石。當然他的好運氣也不僅限于此。原本科學家預計,由于火星表面的塵土會在90天的時間內覆蓋住機遇號火星車的太陽能板,所以設計上來說,機遇號只有90天的壽命,但是火星上的風暴和龍卷風多次吹開遮擋機遇號太陽能板的灰塵,使得他整整工作了15年。如果今后咱們的火星車降落相同位置,完全可以幫助機遇號再刷刷太陽能板,看能不能喚醒這個老前輩。
[img]機遇號的發現,科學家的難題,誰能揭開火星“藍莓”的秘密?機遇號的發現——火星“藍莓”,究竟出自何處?
NASA正式宣布結束 歷史 性的機遇號漫游車任務,終止了它在火星上歷經14年的壯觀冒險。然而,這輛漫游車最吸引人的發現之一發生在它登陸火星后兩個月,當時它偶然發現了與藍莓驚人相似的微小物體,至今在科學家隊伍中仍然對這種物體的性質存在分歧。
機遇號火星漫游車在火星表面觀察到的的神秘“藍莓”。圖源:NASA/JPL-Caltech/Cornell/USGS
2004年2月11日,機遇號在子午線高原(火星南緯2度的一個高原)探尋一個巖石露頭時,冒險進入了一個被堅硬的圓形灰色卵石覆蓋的區域。由于這些“卵石”呈現怪異的球形,火星 探索 漫游者(MER)團隊將其稱為“藍莓”。
火星上一塊被稱作“漿果碗”的巖石的真彩色圖片。圖源:NASA/JPL/Cornell
“(我們)看到了一些非常奇怪的事情,” Steve Squyres(MER團隊成員,康奈爾大學的科學家)在當時的任務日志中指出,“(我們)看到了這些奇怪的被我們稱之為‘小球體(spherules)’的圓形物體被埋在露頭中,就像(英式)松餅中的的藍莓。露頭已被腐蝕,就像是被打磨過一樣,然后小球體(似乎比露頭的其余部分更能抵抗腐蝕)掉下來并滾下山坡。
MER團隊使用機遇號的顯微成像相機觀察了幾批微小的藍莓,它們的直徑介于100微米至6.2毫米之間。Squyres在這次發現后不久發布的NASA新聞稿中說,這些特點“不同于火星上之前見過的任何東西”。
對這種異常地質的解釋包括由于水環境,隕石撞擊和火山噴發引起的堆積(accretion)。這次發現的兩周后,MER團隊決定采用這個理論,聲稱球形卵石是一種被稱為“凝結物”的地質現象。
田納西大學的行星學家,當時的MER團隊成員Harry McSween向天文在線(發布了本網志的網站名稱)表示: “當我們著陸時,這些覆蓋于火星表面的藍莓讓我們十分驚訝。我們從軌道(觀測)得知該地區含有大量赤鐵礦(氧化鐵),這就是我們選擇那兒為降落地點的原因之一”。
他說,這些藍莓是從軌道上看到的赤鐵礦,是從巖石中滲出的水溶液中緩慢生長出來的小球。
McSween說:“我們能夠識別其中的赤鐵礦,并在巖石中看到它們。當巖石風化時,這些凝結物更具抵抗性,因此其他所有物質可能會被風吹走,然而這些凝結物會被遺留下來并且在表面堆積形成高濃度。地質學家稱之為“滯留沉積”。
他說,已知的類似的赤鐵礦凝結物會在地球上出現,但通常更大。至于藍莓的明顯藍色,McSween說它們實際上是灰色的。他解釋說,MER團隊“選擇了某些波長的光用于成像,這會使它們看起來像是藍色。”
這個由堆積形成小球的結論意味著水曾經存在于火星表面。在今天這是一個可以接受的事實,很大程度上要歸功于好奇號漫游車的發現,但是這些結論在藍莓被發現時還不曾被了解。
然而火星藍莓的故事并沒有就此結束。
2005年,美國亞利桑那州大學地球與太空 探索 學院的的Donald Burt在合著的《月球與行星科學報》中聲稱,MER的分析是沒有意義的。必須由其他原因來解釋這些奇怪的外部特征。
Burt在寫給天文在線的話中闡述道:“[MER]假設中存在著許多問題,其中最重要的問題包括藍莓近乎完美的球形(不同于高度不規則的正常堆積),其均勻的大小范圍(從來不超過約7毫米,而正常的堆積可以達到巨大的尺寸), 它們在巨大的體積以及巖石區內的均勻分布(許多凝結物通常集中在化學反應前沿),除了幾個松散的雙峰和單個三重逢之外,它們并沒有結塊在一起,而且它們呈現的礦物性質也存在異常。”
Burt所指的“異常礦物性質”是指其灰藍色的外觀,表明這些物體是在高溫下形成的。在地球上,這些如鏡面一般的或者閃閃發亮的赤鐵礦,通常于溫泉或火山蒸汽中形成。他說,正常的沉積物是在低溫環境下形成的,但它們是由無光澤的鐵組成的。
為了解釋火星藍莓,Burt以及他的合著者Paul Knauth和Ken Wohletz重新探討了更早的想法:來自于隕石的影響。在這個小組于2005年在Nature上發表的另一篇論文中,他們認為卵石是一種不尋常的撞擊球,由鐵片與粘性的,酸性的,和咸性的蒸汽以及塵埃云(產生與隕石與富含鐵的火星撞擊)之間復雜的翻騰相互作用形成。
Burt說:“這些云類似于大型火山爆發或核彈在地面爆炸形成的巨大的火山碎屑云。這些小球被稱為‘堆積火山石(accretionary lapilli)’。眾所周知,這種球是在地球上發生爆炸事件時通過堆積形成的。比如,它們是在隕石撞擊事件中形成的,據信該事件大約在6500萬年前殺死了恐龍。這個過程有點兒像在高高的積雨云上結冰形成冰雹。”
大量的藍莓。
Burt說MER團隊在他和他的同事向他們提議后考慮了這個假設,但最終拒絕了“赤鐵礦冰雹”的想法。盡管如此,Burt說他的團隊提出的撞擊球假說“解釋了它們的球形,它們嚴格的尺寸限制(由于它們懸浮在湍動氣體中),它們非常廣泛且勻均的分布,以及不尋常的藍色,閃亮的外觀和礦物性質”。
他補充說:“一直以來,我們與MER團隊的基本分歧在于,我們認為火星早期的沉積環境不必與當今地球上的沉積環境相同,盡管這兩個行星之間存在明顯的相似之處。早期的火星仍然是一個相對較小的星球,不斷受到撞擊轟炸,并且距太陽的距離仍然是與地球的兩倍。”
有趣的是,由夏威夷大學的地球物理學家Anupam Misra于2014年進行的一項被發表在《行星與空間科學》上的研究得出了相同的結論——火星藍莓不是來自于堆積而是由隕石形成的。Misra的主要論點是,凝結理論無法解釋火星藍莓狹窄的尺寸,然而隕石撞擊論可以解釋。
然而,在Misra論文發表后不久,猶他大學的地質學家Brenda Bowen和石溪大學的Timothy Glotch告訴國家地理雜志,凝結理論還未消亡。Bowen說,火星環境仍然可以產生堆積所需的條件,而Glotch說機遇號上的工具指出的是低溫地質過程,而不是“高溫事件”。
日本名古屋大學和高知大學的一個研究團隊不甘示弱,于2018年12月提出另一種解釋。他們認為球體形成于方解石的核的周圍,而富含鐵的成分僅存在于外部。來自Space.com的Apost解釋說:“基于現場觀察和化學模型,科學家們認為富含鐵且具有輕度酸性的水沖刷了原始的方解石結構。與地球上不同,火星藍莓成份似乎完全是赤鐵礦,不再具有任何方解石的核心成分。研究人員稱,但也可能是因為長期的過度清洗導致方解石被吞噬。”
顯然,關于火星藍莓的爭論仍然十分激烈,但是正如Burt向天文在線解釋的那樣,沒有好奇心和研究人員們一直致力于與公眾分享信息,這些正在進行的科學論證就不會發生。
“機遇號是一項了不起的任務,它的執行之間很長并且揭示了很多東西,從而展示了NASA出色的工程能力。兩次MER任務中最好的部分是Steve Squyres, Jim Bell(負責機遇號全景相機的首席科學家) 和NASA的早期決定:在獲得影像和科學成果后立即與公眾分享。除了增加公眾的熱情外,這項重大決定還允許了諸如我們提出的這樣不同的科學解釋能夠被逐年假設和進行實時測試,而無需我們成為官方團隊的成員。”
火星藍莓的本質仍然是一個謎。從原本90天的 探索 期延伸到歷時14年,機遇號漫游車揭開了一直困擾科學家的火星謎團,這無疑揭示了機遇任務的巨大成功。未來幾年,機遇號與勇氣號的貢獻將繼續在科學界引起反響。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. gizmodo -George Dvorsky-晦元誠之
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機遇號辛苦探索火星多年,為何最終與地球失聯,杳無音訊?火星作為太陽系的八大行星之一,它和地球一樣,都是位于太陽系的宜居帶中,并且火星也是一顆類地行星,因此火星的環境從某種程度上來說與地球是非常相似的,那么火星上存在生命的可能性也是比較大的。
地球如今的環境并不樂觀,由于人口數量的激增,溫室氣體的過度排放,導致地球的生態環境處于崩潰的狀態,隨著全球氣候變暖的不斷發展,地球環境正在不斷惡化,在未來地球很有可能不再適宜人類生存。
為了讓人類能夠更加長遠地生存下去,科學家提出了移居外太空的想法,但是人類當前的能力非常有限,我們無法達到光速,目前也只去過月球,因此移居外太空的計劃難度還是非常大的。
不過由于火星是地球的“姊妹星”,環境與地球十分相似,因此火星成為了人類的目標,不少科學家認為火星環境的宜居性極大。為了更好地探索火星,美國曾多次發射探測器,早在1964年美國就發射了“水手3號”和“水手4號”,不過由于上個世紀的科技還不夠先進,因此早期對火星的探索大多數都以失敗告終,但是“水手4號”是成功的。
在2003年,美國發射了“雙胞胎”火星車,分別為“勇氣號”和“機遇號”火星探測器,這兩艘探測器的探索目標主要是搜尋巖石和土壤的特征來尋找過去是否曾經有水的流動以及火星上的環境是否有益于生命。
但是“機遇號”的探測歷程非常曲折,原本于2003年6月25日發射的“機遇號”,因為技術故障和惡劣天氣,發射工作被連續推遲了5次,終于在2003年7月7日發射升空,飛往火星。
2004年美國宇航局(NASA)宣布,“機遇”號火星探測器成功在火星表面登陸,并降落在比原計劃亨利撞擊坑偏東25km的老鷹撞擊坑,之后“機遇號”便展開了對火星的探索,據悉“機遇號”著陸的火星平原含有豐富赤鐵礦。
“機遇號”還在塹壕中發現了鹽水的痕跡,在火星土壤表面上還發現了小球粒,其反射光的亮度明顯大于此前在表面發現的小球粒,至于它形成的原因科學家也不明確。另外NASA表示,“機遇號”和“勇氣號”兩個火星探測器所處位置的土壤中可能都含有少量的水與鹽形成鹽鹵,它們可以在極低的溫度下保持液態。
火星的環境相比較地球環境來說要更加惡劣,經常發生沙塵暴,“機遇號”在這樣的環境下也經常受困,2007年一連串的沙塵暴開始籠罩火星的大氣層,風暴持續增強讓火星機遇號和勇氣號都遭遇到因太陽能電力不足而造成系統失效。
在正常情況下機遇號的太陽能發電陣列每天能夠產生每小時700瓦的能量,但是由于沙塵暴來襲,大量的灰塵覆蓋在太陽能發電陣列,導致機遇號電力不足的,太陽能電力只能產生每小時128瓦的電力,是任務史上的最低點。
2008年“機遇號”在努力撞擊坑邊緣發現了含泥葉硅酸鹽巖石,這一發現表明,它比先前的分析還要更適宜于生命。但是機遇號因為沙塵暴電力不足,導致它幾次三番遇到危機,差點與地球失聯。
不過好在2009年,“機遇號”太陽能板上的沙塵意外被清除干凈,因此電力供應增加了40%,達到了每小時515瓦,終于機遇號又重新獲得了動力,探測開始正常,但是由于機遇號長期探索火星,導致它的車輪也出現了故障。
盡管“機遇號”一瘸一拐地行駛在火星上,但是“機遇號”依然在辛勤探索火星,并且有了重大發現,它發現了一塊迄今獲得的最古老巖石的分析,該巖石被命名為“希望”6號,其中所包含的證據證明火星上曾經流淌著大量可能適合生命的水,這些水在巖石中留下了黏土礦物。
康奈爾大學首席研究員史蒂夫·斯奎爾斯表示,這項研究是“機遇號”探測行動開始10年以來“差不多最重要”的成果,因為“機遇號”以前發現的證據大多數是含硫磺酸的,而這一次發現的是可以喝的水。
“機遇號”在火星上探索15年,為人類的火星探索事業做出了巨大的貢獻,比如發現形成于酸性湖泊的巖石、首次在火星發現隕石、發現巨大地下水層等等。但是在2018年由于沙塵暴的侵襲,“機遇號”火星漫游車永久失聯,NASA曾作出多次努力,試圖與“機遇號”取得聯系。
但是直到2019年“機遇號”還是無法與地球取得聯系,美國國家航空航天局正式宣布結束“機遇號”火星探測器的使命,至此“機遇號”已經在火星上運作了15年。雖然機遇號已經無法工作了,但是“機遇號”在面對火星惡劣氣候,依然頑強的精神令人欽佩。不得不說火星的環境太殘酷了,最終讓“機遇號”杳無音訊,那么大家對于這件事情還有什么想說的呢?歡迎大家在評論區里留言。
14年!機遇號火星車行走45千米,打破記錄,這5111天是怎么度過的2018年的6月,一場覆蓋火星的劇烈沙塵暴席卷之后,機遇號探測車的太陽能電池板再也無法工作,和地球失去了聯系。之后,盡管美國航天局啟動了恢復策略,試圖通過多種技術來聯系和復活機遇號。但都無果而終,持續八個月的1000多次遠程呼喚,也沒有得到機遇號的一丁點兒回應。
2019年2月,最后一次呼喚結束之后,機遇號永遠消失在了火星上,標志著一個時代的終結。
而這14年以來,機遇號一直是火星甚至人類行星 探索 領域的傳奇。其是目前為止,運行時間最長的火星車。
2003年,勇氣號和機遇號兩個雙胞胎火星車發往火星,最初設計壽命僅僅是90個火星日,預計行程為1000米。勇氣號早在2010年就已經功成身退,而機遇號卻一直磕磕絆絆堅持到2018年,行駛了45610米,在14年的 探索 中,總共傳回了約21萬多的圖片,其中包括15張360度彩色全景圖,取得了許多里程碑式的成就。
機遇號于2004年1月降落在火星表面的,直徑約為22米的老鷹撞擊坑內。雖然落點偏離了原計劃的亨利撞擊坑25公里,但也成功落在了預計著陸地區之內。頭四天的工作除了對儀器進行自檢,建立同地球的通訊之外,就是原地拍攝著陸點的360度全景照。機遇號和勇氣號的任務是探測火星上是否存在水和生命,或者找到曾經存在水和生命的證據,然而初步的觀察就讓科學家們興奮。
全景照片顯示老鷹撞擊坑的巖層存在液體侵蝕的痕跡,火星日的第四天,機遇號離開了原地,開始對老鷹撞擊坑周圍的環境作進一步探測。在第33天,機遇號在老鷹撞擊坑外的巖石中發現了被稱為火星藍莓的赤鐵礦球體,這種礦石,一般形成于水中,這種獨特的曲線沉淀物是由水分沖刷形成的。這說明,該著陸點的巖石形成于一個原始的酸性湖泊。
第60天,機遇號離開老鷹撞擊坑,向周邊進發。第84天路過另一個撞擊坑,第95天,抵達該撞擊坑的邊緣,這是個直徑200米的大坑,機遇號計劃在這里進行詳細的調查,它花了大量的時間在撞擊坑的邊緣試探,尋找一個可以進入坑內的良好切入點。第127天,任務團隊決定讓機遇號進入該撞擊坑的內部,即使它不能離開,因此,在131天,機遇號開始小心翼翼地越過撞擊坑的山脊,幸運的是,撞擊坑的坡度僅為18度,在機遇號的能力之內,在接下來的180天內把這個撞擊坑逛了個遍。
第315天,機遇號離開撞擊坑,同步收集數據,科學家們確定水不是偶然覆蓋了該區域,而是存在或多次類似洪水的沖刷。此后,機遇號向南進發,第340天,找到了降落時丟掉的隔熱罩。在345天,在隔熱罩的旁邊,機遇號發現了一塊巖石,后來被確認為是隕石。
第446天,機遇號被困在了30厘米深的沙丘中,沙土漫過了四個腳輪的半徑,這個沙丘后來被稱為煉獄沙丘,美國航天局通過操作地球上的機遇號復制品,模擬火星上的困境,尋找各種可能的解決辦法,終于在40天后,讓機遇號成功逃離。
在第951天,機遇號到了維多利亞撞擊坑的邊緣,并傳送了第一張該撞擊坑真實照片,接下來的目標是東南方12公里的另一個奮進撞擊坑。2011年8月份,經過差不多三年2674天的行走,飽經風霜的火星車終于抵達了夢想的目的地,奮進撞擊坑,此后的日子就一直在該隕石坑的邊緣探查,比如,發現了古代水流的可靠跡象。
第3736天,機遇號已經行駛超過了40公里,打破由月球車2號在月球創造的最長探測和行駛距離記錄。第5111天,機遇號發回最后一次數據后,和地球失聯,持續近兩個月沙塵暴減弱之后,機遇號再也沒有醒來。
然后,我們探測火星的腳步才剛剛起步,不會停止。
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