最高产的火星探测器 向地球传回最后一张照片(组图)

大鱼新闻 科技 2 months, 2 weeks


“洞察”号2022年11月13日拍的照片,这可能是它传回的最后一张照片。图片来源:NASA/JPL-Caltech

不管是多年数据收集之后的功成身退,还是一阵自由落体后的绚烂解体,火星这颗红色星球已经埋葬了太多探索者。天下没有不散的宴席,火星探测器“洞察”号马上就要被列入这张不断增长的名单中了。而上面这张照片,或许就是它向地球家园传回的最后一张照片。

撰文|王昱审校|二七

“洞察”(InSight)号,这台火星探测器或许没有天问一号那么熟悉,也不像“毅力”(Perseverance)号那样拥有核动力,更别提能像“机智”(Ingenuity)号一样在火星上飞行了。相比于前面那些探测器,“洞察”号只是一个着陆器,无法移动。但这并不妨碍北京时间2018年11月27日凌晨在火星埃律西昂平原(Elysium Planitia)西部着陆的“洞察”号被誉为最多产的火星探测器之一,这台探测器生来就是为了研究火星内部结构,它是一个纯行星物理探测器。

文章开头的照片右侧,就是“洞察”号最大的功臣——内部结构地震实验仪(Seismic Experiment for Interior Structure,SEIS)。这是一台地震仪(或者应该叫“火震仪”?),它收集的火星地震数据已经催生了几十篇论文,揭开了火星内部的神秘面纱。它更新了火星深处圈层模型,刷新了人们对火星核心的了解,检测到了除地球外太阳系内最强的地震,听到了陨石撞击火星时留下的声音,还确认火星至今仍然活着——它至今还有地质活动。它收集的数据是一座宝藏,未来几十年中,人类依然能依靠它增进对火星内部的了解。


图片来源:SCIENCE Vol 373, Issue 6553 pp. 388-389 DOI: 10.1126/science.abj8914

文章开头照片的上方是“洞察”号的机械臂。4年前,“洞察”号像抓娃娃一样,把这台功臣地震仪放置在火星表面,让它能更精确地捕捉火星地震信号。



“洞察”号2022年11月13日拍的照片,拍摄时间比文章开头的照片早了1分钟。图片来源:NASA/JPL-Caltech

而在几乎同时送回的一张照片中,却包含着“洞察”号无法忘却的伤痛——照片左侧的热传感物理特性箱(Heat Flow and Physical Properties Package,HP³)。这是一台热流探测器,计划中,它应该钻入火星地下5米,用一连串温度传感器探测火星的地下的热量流动。由于钻孔的方式特别,它被研究人员亲切地称为“鼹鼠”(mole)。但由于错误估计了火星土壤的摩擦力,“鼹鼠”的设计存在缺陷,始终无法钻入地下。尽管科学团队尽力补救了,但在经过了2年多的尝试后,他们还是不得不接受了“鼹鼠”的失败。

没于尘埃

过去的4个地球年中,“洞察”号传回了6600张照片。回看这些照片时,就能明显发现在4年的时光里,火星上红色的灰尘逐渐将一切盖了起来。“洞察”号由太阳能板提供能量。2018年11月刚着陆时,它每个火星日(地球和火星自转周期相近,一个火星日约等于一个地球日)能获得5千瓦时的电力;今年5月17号的新闻发布会上,“洞察”号任务团队表示它每个火星日只能获得0.5千瓦时的电力;而现在,火星进入冬天,浮尘更多,阳光更少,“洞察”号马上就要撑不住了。文章开头的那张照片,或许就是它给我们发的最后一张照片了。在这之后,“洞察”号会失去电力,无法再和地球通讯。



“洞察”号2018年12月6日的自拍照,仪器平台的两个罩子下面分别是它的地震仪和热流计。图片来源:NASA/JPL-Caltech


“洞察”号2022年4月24日的自拍照。图片来源:NASA/JPL-Caltech

不知该说幸运还是不幸,“洞察”号着陆的地点很少有尘卷风(dust devil)发生。一方面,“洞察”号上精密的仪器很难应对尘卷风的干扰;但在另一方面,当太阳能板被灰尘遮住时,尘卷风又是绝佳的除尘工具。

为什么在“洞察”号发射时没有设计除尘装置?对于“洞察”号的研发团队而言,这是工程上最艰难的抉择之一。不论是压缩空气,还是类似于汽车上的雨刮器,除尘系统都会增加“洞察”号的重量。不管在探测器本身的设计上,还是在把探测器送到火星表面这件事上,这都会消耗更多经费。对于耗资近10亿美元的项目而言,每一个系统的必要性都要被仔细考量。其结果是,研发团队认定,除尘系统是不必要的。

导致这项决定的关键因素是:“洞察”号任务预期持续时间相对较短。在计划中,“洞察”号任务计划从着陆的那一刻起,会持续运行709个火星日,相当于728个地球日。但现在“洞察”号已经在火星表面运行了接近4年,它已经超期服役了100%。

不过,没有除尘系统并不代表“洞察”号只能“摆烂”。除了期待偶然出现的尘卷风外,“洞察”号也在亲自动手化解自己的困境,工程师团队曾尝试用机械臂挖火星表面的尘埃来除尘。因为火星尘埃带有静电,研究团队能在火星大风天利用它们来清洁太阳能板。“洞察”号被命令舀起一瓢火星土壤,并将它缓慢倒在太阳能板的边缘,原本盖在太阳能板表面的尘埃就会被新倒下来的尘埃吸引,最终用尘埃达到除尘的目的。这一机智的窍门每次能让已经布满灰尘的“洞察”号增加5%的能量产出。研究团队从2021年5月22日尝试这种办法,截止2022年5月17日,他们已经尝试了6次。在那之后不久机械臂就因为缺电而被关闭了。



2021年5月22日,“洞察”号尝试“以灰攻灰”。图片来源:NASA/JPL-Caltech

最后的坚守

翻开美国航空航天局(NASA)的新闻列表,就能发现“洞察”号的情况越来越糟:

2022年5月17日的新闻标题是《在能量水平下降时,NASA的“洞察”号仍在探测地震》。这时“洞察”号已经没有足够的能量全天探测地震了,它只能白天关闭地震仪,在更安静,数据质量更高的夜晚探测地震。

6月21日,《“洞察”号的科学探测测又延长了几周》。研究团队决定延长地震仪的使用时间,然而这需要更高的功耗,会导致“洞察”号更早用尽能源。

10月7日,《“洞察”号正在等待风暴结束》。此时,“洞察”号每个火星日只能获得275瓦时的能量了,“洞察”号不得不在风暴持续的两周内完全关闭地震仪。

11月1日,《NASA准备永别“洞察”号》。“洞察”号的发电能力只剩下最初的20%,它不得不关闭自己其他所有科学仪器,只留下地震仪中部分最灵敏的部分继续运行。然而,即使是这样,地震仪最多也只能再运行几周时间了。每隔几天,“洞察”号会向地球传回2张照片,但是时间间隔越来越长。或许在未来的某一张后,也或许就是文章开头的那一张后,“洞察”号就再也无法给我们传回火星表面的照片了。


发射前,“洞察”号的艺术想象图。图片来源:NASA/JPL-Caltech

虽然很不愿意承认,但“洞察”号马上就要撑不下去了。NASA表示,他们的火星中继卫星还在接收着“洞察”号的讯号。当连续两次没有收到“洞察”号讯号的时候,他们就会宣布“洞察”任务结束。

但这并不意味着“洞察”号已经完全没了机会。尽管机会渺茫,但或许突然有一股强风吹过,吹落了太阳能板上的尘埃,“洞察”号就又能找到我们了。在那之前,火星中继卫星仍会一直监听着“洞察”号可能的信号。

对我们大多数人来说,或许是时候和“洞察”号说再见了。当然,这台给我们揭开了无数火星内部秘密的探测器不会被人遗忘,几十年后,当人类终于有能力登陆火星时,只要擦去它太阳能板上厚厚的灰尘,它还能重获新生——或者,当某个倒霉蛋被困在火星上种土豆时,“洞察”号也不失为一个他和地球重获联系的好选择。

相关新闻