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好奇號火星漫步

美國

美國東部時間8月22日 ， 好奇號火星探測車邁出了它在火星上的第一步：它先向前行駛了4.5米，之后順時針轉了120度，接著又后退行駛了2.5米 。這次行走，它在火星表面留下了6米長的清晰可見的車輪痕跡 。
“這是一個重要的歷史時刻！”行走順利讓好奇號團隊歡呼不已，美國宇航局（NASA）的好奇號項目經理彼特·泰皮格也松了一口氣：“如果探測車不能移動 ， 我們可就白忙活一場了 ?！?br /> 接下來，好奇號將真正踏上尋找火星生命之旅：它將每天“走兩步” ， 前往不到500米外的加勒隕坑內格萊內格爾點（Glenelg），按計劃勘測格那里的3種不同地形 。完成這些任務后，年底它將向蓋爾隕坑內5000米高的“鋒利山”進發 ， 行程約7公里 。
這項耗資25億美元的“史上最貴探測任務”，有望在接下來的兩年里為火星生命是否存在帶來突破性的證據 。
任務
追尋生命痕跡
好奇號是直接沖著生命去的，它或許將為火星生命是否存在或者是否曾經存在帶來突破性的證據
美國《科學》雜志撰文稱，自20世紀70年代以來，好奇號是NASA第一個搜尋火星上曾經宜居甚至目前仍有生命跡象的“真正的天體生物學任務” 。
“在整個太陽系里，火星可以說是除地球以外 ， 最有可能存在過生命的行星，也是人類在不久的將來最有可能真正踏足的另一顆行星 ?！笨茖W松鼠會成員、果殼網頻道主編Steed在接受南方日報采訪人員采訪時表示 。
他解釋，從天文學的角度來說 ， 地球恰好處在太陽周邊“宜居帶”的區域中間，這個區域距離太陽不太近，因此行星表面不會熱到把水全部蒸干，距離太陽又不太遠，因此水不至于全都凍成冰塊 。
正因為地球處在宜居帶中，所以水能夠以液態的形式存在于地球的表面上，而這對于生命（至少是我們已知的生命形式）來說 ， 是至關重要的 。
Steed表示，火星恰好位于這個“宜居帶”的邊緣，比地球稍遠一點，但也遠不了太多 。所以，在火星上，夏季正午的時候，溫度可以升到二三十攝氏度！這個溫度是可以讓水在火星表面流淌的 。
好奇號是NASA送到火星上的第四輛火星漫游車，前三輛分別是1997年由火星探路者號著陸器帶上火星的旅居者號火星車，以及2004年登陸火星的孿生兄弟勇氣號和機遇號 。
勇氣號和機遇號已經在火星上找到了水曾經存在過的證據，而且還證明，火星有過一段濕潤的歷史 ， 當時水曾在火星表面長期存在 。
前輩的工作為好奇號的任務打下了基礎 。Steed表示 ， 好奇號將更進一步調查火星上現有的環境是否適合微生物生存，還將調查火星巖石中是否留存有火星生命曾經存在過的證據 。
換句話說，勇氣號和機遇號只是尋找火星歷史上適宜生命生存的環境，而好奇號是直接沖著生命去的，它或許將為火星生命是否存在或者是否曾經存在帶來突破性的證據 ?！八?，如果有一天，你聽到新聞里說好奇號找到了火星人，也不用太過驚奇喔 ?！盨teed笑著說 。
由于帶著探尋生命的目的，好奇號的著陸地點顯得至關重要 。NASA從2006年就開始挑選著陸地點 ， 經過5年的仔細篩選，著陸地點選定蓋爾隕坑 。
蓋爾隕坑由層狀巖體組成，直徑上百公里，底部巖層由粘土和硫酸鹽組成 ， 而上部巖層則由火星塵組成 ， 豐富、多樣 。這個地區將能提供大量的關于火星早期和整個星球過去所經歷的變化的信息 。
背負重任的好奇號是一個行動遲緩的家伙 ， 即使去不到500米遠的格萊內格爾點，也要走走停?；ǖ?個多月 。好奇號任務科學載荷負責人杰夫·西蒙斯表示，好奇號的絕大多數任務，例如分析遠處的目標；移動手臂以便讓儀器對準目標巖石進行分析，而后采集樣本等，都需要幾天時間 。
而將采集到的信息通過超高頻天線傳輸回地球的過程就更慢了 。好奇號與地球的直接數據帶寬大約8kbit/s左右，但與火星探測器2001火星奧德賽號（幫助好奇號傳輸信號到地球）的最理想傳輸帶寬則能達到2Mbit/s ， 而2001火星奧德賽號與地球的數據帶寬為256kbit/s 。
當奧德賽號從漫游車上空飛過時，每次能通信8分鐘 ， 最多能傳輸250Mbit的數據，而這250Mbit的數據需要20小時才能傳到地球 。
挑戰
艱難的旅程
進入火星大氣層后，好奇號需要在7分鐘內將速度從2.1萬公里每小時降低為零，這段時間被稱為“恐怖7分鐘”
火星為什么難以接近？這其實不算是一個問題 。探索任何其他行星都是非常困難的，因為兩顆行星之間不僅距離遙遠，而且它們的位置一直在變化 。Steed打了一個比方說 ， “這就相當于一個籃球運動員要在運動中跳投一個籃球，把它投進一個運動的籃球框里，而且還必須是空心球 。最重要的是，這個運動員如果在北京的話 ， 那個籃球框可能就在紐約那么遠、甚至更遠的地方 。這個難度可想而知 ?！?br /> “火星是一顆很‘討厭’的行星 ， 它有一層很稀薄的大氣，如果不管大氣直接沖進去，那探測器肯定會燒毀，但這層大氣又太稀薄了，就算使用很大的降落傘 ， 也沒有辦法把好奇號的速度降到足夠安全著陸的程度 。所以最后還必須切斷降落??，采用焚n蘋鵂醇跛??！盨teed說 。
“跟之前的火星車相比，好奇號無論是體積還是重量，都要超出許多，所以像勇氣號和機遇號那樣用緩沖氣囊著陸的方式已經是不可行了 ?！盨teed介紹，火星表面有很多的沙石灰塵，如果直接坐著火箭著陸的話，會揚起大量的沙塵，又可能會給好奇號上的設備造成損壞 。所以NASA的工程師才天才般地設計出了一套天空起重機 ， 把好奇號從反推火箭上垂吊下來著陸 。“整個7分鐘的著陸過程，可以說是有史以來最復雜的一套著陸系統，非常瘋狂，任何一個步驟出問題都會失敗 。”
最重要的是，在好奇號著陸的時候，從火星到地球 ， 連光都要跑14分鐘！這就是意味著，好奇號經歷的“恐怖7分鐘” ， 地球上的人們根本插不了手 。在我們知道好奇號闖入火星大氣層的時候，它已經著陸至少7分鐘了 。
正因為在地球上看不到火星探測器實時的變化，實時測控無法進行，探測器只能由自主導航控制 。整個過程需要完美的程序、完美的編排、精確的計時，一點差錯都不能有 。
由于距離過遠，火星探測器發射的成功率也不高 ， 只有不到50% 。
“由于火星跟地球公轉軌道的關系 ， 每隔兩年多的時間，我們才有一次可以從地球上發射探測器前往火星的機會 。其他時間不是說不可以，而是會消耗更多的燃料，飛行時間也會更長 ?！盨teed表示，人類向火星上發射了許多著陸探測器，著陸的難度要比發射一個探測器環繞火星飛行難得多，好奇號的“恐怖7分鐘”就是證明 。
經過了“恐怖7分鐘”，好奇號穩穩停在了火星表面 。接下來，這個有著6條腿和一只大胳膊的野外地質學家兼天體生物學家，就要開始它為期至少兩年的勘探之旅了 。
勘探之旅并非沒有考驗 。在著陸時，它的一個風向傳感器就被濺起的沙石打壞 。接下來，好奇號不僅要接受嚴酷低溫和沙塵暴的挑戰，也要遭受長途跋涉帶來的風險——機器的損壞和路上的沙坑陷阱 。
不管怎樣，好奇號已經安全著陸了，而且除了一個風速計以外，似乎一切正常 ?！拔覀€人覺得，最大的挑戰就是不要像勇氣號那樣，開到沙坑里把自己陷進去，最后失去與地球的聯系 。希望好奇號能夠好運 ?！盨teed說 。
裝備
十八般武器
好奇號的個頭跟一輛mini cooper相當，它攜帶的科學設備，從質量上來說相當于前代火星車的10倍
為了完成更復雜更精細的任務，好奇號裝備了十八般武器 ， 個頭也較其他火星探測器要大很多 。Steed介紹 ， 第一代火星車旅居者號 ， 體積只有微波爐大小，第二代火星車勇氣號和機遇號，個頭有高爾夫球車大小，而第三代好奇號火星車，個頭跟一輛mini cooper差不多 。
【好奇號火星漫步】“確切地說，好奇號攜帶的科學設備，從質量上來說相當于前代火星車的10倍 ?！?br /> 好奇號的“頭部”兩側都有立體攝像頭 ， 可以用3D模式拍攝彩色照片和影片，這是最主要的成像工具，相當于人的左右眼 。
安裝在好奇號主車身上的火星降落成像儀是一臺小型攝影機，負責拍攝好奇號著陸過程的影像 ， 并為科學家提供蓋爾隕坑的地質信息 。
最引人矚目的是化學相機 。這個其貌不揚的相機包括了一個裝在桅桿上的激光器，通過發射激光，可以將7米遠的巖石和土壤上燒出小洞 ， 使其表層汽化，并分析被汽化的塵埃的光信號，鑒定其化學成分 。8月19日，好奇號初試身手，用激光射擊了3米外的一塊石頭 ?；瘜W相機還包含一個可以確認受激原子類型的光譜儀和一個可以捕捉激光照射區域詳細圖像的望遠鏡 。
火星車環境監測站安裝在“好奇號”桅桿中部 ， 負責測量火星氣候的日常和季節性變化 。它能夠評估火星表面風速、風向、氣壓、相對濕度、地面溫度、紫外線輻射程度等 。
好奇號長長的機械手臂備有鉆頭，可鉆入巖石內部采集樣本，并在機身內進行化驗 ， 將分析結果及時傳給地球上的NASA 。
機械手上有兩個裝置，一個是一臺X射線儀，安裝在好奇號機械臂末端 ， 負責測量火星巖石和泥土中不同化學元素的豐度 。這一儀器與樣本接觸后，能發射X射線和氦核 ， 將樣本元素中的電子轟出原子核軌道，進而產生X射線 。根據放射出的X射線特征，科學家能夠確定遭轟擊元素的類型 。
另一個則是一臺約4厘米寬的放大攝像儀，能夠拍攝小到12.5微米的巖石細節特征照片 。此外，這臺成像儀還可以向巖石發射紫外線，探測碳酸鹽和其他化學沉積物 。如果存在這些物質，說明可能有水流過 。
安裝在主車身背部附近的中子探測器能發射出中子到地下50厘米深，然后通過觀察中子與氫原子核相互作用后發生的能量變化來確定氫的存在 。而氫是火星上有水的一個重要指標 。
為了幫助宇航員實現將人類送上火星的這一終極目標，好奇號上的輻射探測器將監測來自太陽的高能原子和亞原子粒子，評估火星表面的輻射環境及其對未來登陸火星宇航員的危害 。這些信息對未來的載人火星探索以及評估火星是否具有適于生命存在的環境都很重要 。
在好奇號所有的設備中，火星樣本分析儀是最核心的設備 。整個科學探測設備重80千克，這一臺儀器就占了38千克 。它由3個獨立的工具構成，分別是質譜儀、氣相色譜儀和雷射光譜儀，他們能夠分析巖石和土壤樣本，尋找有機物 ?？茖W家希望“好奇號”能夠發現對生命至關重要的碳、氮、氫和氧元素 。
礦物檢測器通過X射線衍射分析“好奇”號機械臂搜集的粉末狀巖石和土壤樣本，鑒定其中的礦物種類 。它對于硫、氯、溴等與鹽的生成密切相關的物質敏感度特別高，可看出是否曾經與水發生過作用 。
華裔女孩命名好奇號
好奇號是由來自美國堪薩斯州的華裔女孩馬天琪命名的 。在2009年舉辦的火星探測器命名征文比賽中 ， 正讀小學六年級的馬天琪的文章從9000多件作品中脫穎而出 。
在馬天琪的獲勝短文中，她說“好奇心是燃燒在每個人心中的一個永恒的火焰”，好奇心是一種激情 。她還在很小的時候就想知道天空為什么是藍色的，為什么天上的星星會眨眼 。
當年6月8日，12歲的她首次受邀來到NASA位于加州的噴射推進實驗室，在火星車上寫下“Curiosity”（好奇）并簽名“Clara Ma、馬天琪” ?；鹦巧弦矊⒁虼耸状纬霈F中文姓名 。
馬天琪的父親馬喜慶、母親曹力生畢業于清華大學 ， 上世紀90年代來到美國，職業是工程師 。
火星探索征程
盡管前路誘人 ， 但人類飛往火星的征程卻是危險與失敗交迭的過程 。
蘇聯是最早進行火星探測的國家 。早在1960年，前蘇聯便相繼發送兩枚火星探測先行者，但都未到達指定的地球軌道 。在1971-1988年間，蘇聯曾成功地發射了6個火星軌道器和4個著陸器，但除了3個軌道器外，其余的都在到達火星宣告失敗 。
美國對火星的探索自1962年發射水手3號探測器開始，但其升空后不久便墜落 。1964發射的水手4號一年后在距離火星一萬公里的高空掠過，獲得了第一批火星照片 。此后，除了水手8號不幸夭折之外，水手5-9號都成功發回了從天空觀測到的火星數據 。
1975年，NASA先后發射了兩個海盜號探測器，用以探測火星上是否存在生物，發回的數據否定了存在“火星人”的說法 。
1992年，美國發射了裝載7個儀器的火星觀察者號（Mars Observer） 。飛船原計劃在1個火星年的周期內對火星進行研究 ， 卻在預計進入火星軌道的前幾天失去了聯系 。
NASA從火星觀察者號的失敗中總結教訓，提出了一個長達10年的火星探索計劃——發射一系列小型飛船進入火星軌道并登陸 ， 以代替大型飛船 。
1996年底，火星全球探勘者號（Mars Global Surveyor，MGS）飛船和火星探路者號（Mars Pathfinder）發射 。從勘探者號從極軌上測繪的數據中發現，火星北部曾經存在一個大洋，以及某一環形山中有近幾年間新形成的一條水侵蝕溝 ， 證明今天的火星上存在地下液態水源 。
1997年7月，探路者號著陸，釋放出一輛名叫旅居者（Sojourner）的微型火星車，在阿瑞斯谷（Ares Valles）一條向外流的河道處尋找鵝卵石和礫石，它們是水源曾經存在的證據 。
在這些振奮人心的發現之后，緊跟著的又是接連的失敗 。
但NASA依然堅決地推進十年計劃，2001年10月 ， 火星奧德賽號（Mars Odyssey）飛船被送入繞火星軌道 。它不僅測繪火星地表的礦物質含量，還發現在火星高緯度的大片區域內，土壤中的水分含量超過60%（以質量計） 。目前，火星奧德賽號仍在正常工作 。
2003年，NASA發射了兩輛中型火星探測漫游者（MER） ， 他們是雙胞胎兄弟機遇號和勇氣號 。2004年3月，MER科學小組宣布，機遇號在所探測巖石的結構和形態兩方面都找到了液態水的可靠證據 。幾天后，勇氣號發現了鹽層——古瑟夫環形山里一條古海岸線的遺跡 。2010年 ， 勇氣號失去聯系 。機遇號目前仍在工作 。
2006年，NASA的火星勘測軌道飛行器（MRO）入軌 ， 開始對火星測繪 。在好奇號的登陸過程中，MRO也進行了實時監控 。
2008年，鳳凰號火星探測器（Phoenix）在火星北極成功著陸 。在火星北部 ， 鳳凰號找到了純水冰，首次發現降雪，并且找到了火星上存在碳酸鈣和粘土的線索 。
而最近登陸的好奇號 ， 攜帶著最先進的設備，被寄予發現火星生命存在或者曾經存在證據的重任 。
Steed介紹，針對火星，NASA采用的是一系列小而又低成本的探測計劃 。這樣可以根據前幾項任務的探測結果 ， 及時調整后續任務的探測目標，實際上要比一次發明一個大而全并且成本很高的探測器要劃算得多，而且更有針對性 。
Steed告訴采訪人員，去年，中國在俄羅斯的福布斯-土壤探測器里搭了一個火星探測器，叫做螢火一號，不過發射之后就出故障了 。
探測火星不僅需要大推力火箭把探測器送上前往火星的軌道，還需要有精確的軌道修正和姿態控制技術 。除此之外，抵達火星后探測器跟地球的通訊也需要有強大的地面天線來接收 。
2016探火星內核
美國航天局日前宣布，計劃在2016年發射“洞察”號，它將首次嘗試探索這顆紅色星球的內核狀況 。
據介紹，“洞察”號著陸探測器計劃在2016年9月抵達火星 ， 設計任務時間約為兩年 。一旦成功登上火星 ， 它將利用所配備的4套精密儀器對火星內核狀況展開詳細探測 ?？茖W家希望通過“洞察”號了解火星內核大小、組成及物理狀態、地質構造和火星內部地震活動等情況 。
與“好奇”號火星探測項目的25億美元投入相比 ， “洞察”號項目的預算僅有4.25億美元 。這一項目仍由負責“好奇”號項目的美國航天局噴氣推進實驗室負責 。

南方日報 李秀婷 湯凱鋒