毅力号火星车将首次在火星上使用穿透地表的雷达,一探火星地下的地质奥秘

NASA毅力号火星车上,RIMFAX正在工作(艺术概念图):毅力号的火星地下探索雷达成像仪(Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment,RIMFAX)使用雷达波探测火星地面,揭示火星地表之下未经探索的世界。
图片来源:NASA /加州理工-喷气推进实验室/挪威国防研究机构(Norwegian Defence Research Establishment,FFI)

美国航空航天局(NASA)最新的漫游车——毅力号(Perseverance)火星车,将在火星表面上使用第一台能够穿透地面的雷达仪器,用于寻找古老微生物曾经存在的痕迹。

2021年2月18日,NASA的火星2020Mars 2020毅力号漫游车将降落在红色星球之上,安全着陆之后,毅力号将对杰泽罗陨石坑(Jezero Crater)进行细致入微的搜索,帮助我们了解当地的火星地质历史,并寻找古老微生物曾经生活过的迹象。但这个六轮机器人将不会只限于搜寻火星表面:毅力号将利用一个名为RIMFAX的探地雷达,探视火星地表之下深处的奥秘。

相比从太空中对火星进行研究的火星轨道飞行器上的类似仪器,RIMFAX的不同之处在于它将是火星表面上第一个穿透地表的雷达,聚焦于毅力号将要探索的特定区域,为科学家提供比太空中的雷达能获取的分辨率更高的数据。对杰泽罗陨石坑进行针对性探索,意味着毅力号团队将能更好地了解这一特定火星地形地貌的特征,以及它是如何随着时间的推移而形成的。

RIMFAX是“Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment”(火星地下探索雷达成像仪)的缩写,可以提供地表以下至少30英尺(10米)结构的高度详细视图。利用这一特殊的仪器,毅力号将为我们揭示隐藏的地质层级信息,帮科学家找到火星历史环境的相关线索,尤其是那些可能为生命存活提供了必要条件的线索。

毅力号火星车将首次在火星上使用穿透地表的雷达,一探火星地下的地质奥秘

为NASA的毅力号火星车测试RIMFAX:RIMFAX仪器的测试模型地机动车后面的拖车上)在挪威的斯瓦尔巴特群岛进行了现场测试。
图片来源:挪威国防研究机构

“我们能在火星车的正下方拍摄地下图像,”RIMFAX的首席研究员、挪威奥斯陆学(University of Oslo)的斯威因-埃里克·哈姆兰(Svein-Erik Hamran)说,“我们可以对不同的地下层级进行三维建模,确定毅力号下方的地质结构。”

虽然如今的火星是一个寒冷的荒漠,但科学家怀疑,在数十亿年前的湿润时期,可能有微生物生活在杰泽罗陨石坑中,而且这种古老生物曾经存在的证据可能就保存在陨石坑的沉积物中。RIMFAX提供的信息将有助于为毅力号火星车上的仪器定位特殊的区域,以进行更深层的探究,找到隐藏在岩石中的化学、矿物和纹理线索,来探寻过去微生物可能的生存迹象。在任务的最后,研究团队将借助毅力号收集数十个钻芯样本,将其密封在试管中并存放在火星表面,以备将来执行任务时返回地球。这样一来,我们就可以在实验室中利用那些因体型太大而无法送去火星的仪器,对来自另一颗星球的第一批样本进行研究。

追溯火星历史

科学家认为,28英里(45公里)宽的杰泽罗陨石坑,是由一个大型天体与火星相撞、冲碎了火星地壳深处的岩石而形成的。在35亿多年前,源通过河道溢入了陨石坑,形成了一个扇形三角洲般的湖泊。

哈姆兰希望RIMFAX能帮助解释三角洲的形成方式,“如果只借助火星表面的图像,这将非常困难,因为火星尘埃掩盖了一切,因此你不一定能看到所有地质变化。”

毅力号火星车将首次在火星上使用穿透地表的雷达,一探火星地下的地质奥秘

RIMFAX在NASA的毅力号火星车上的位置示意图:在这张可视化图片中,蓝色线框部分突出显示了RIMFAX,RIMFAX仪器的天线从外部安装在毅力号背面的MMRTG(火星车的核电池)下方。利用交互式工具“了解毅力号”(Learn About Perseverance,网址:https://mars.nasa.gov/mars2020/spacecraft/instruments/rimfax/),你可以更深入地了解毅力号本身和它的多种功能。
图片来源:NASA /加州理工-喷气推进实验室

哈姆兰和他的研究团队将对连续的雷达探测图进行堆叠,创建陨石坑底部的二维地下图像。最终,雷达数据将与火星车上相机拍摄的图像相结合,创建三维地形图。

在地球上有一类用于查找掩埋的公用设施、地下穴等的探地雷达,RIMFAX采用的就是同一种雷达类型。实际上,哈姆兰正在用它来研究川,然而,在数千公里之外的火星上,他和同事将依靠巡游在杰泽罗陨石坑中的毅力号来完成这项工作。“我们会在静止时进行一些测量,”他表示,“但是实际上,大多数测量将会在火星车行驶时收集。”

毅力号任务的更多相关信息

毅力号任务在火星上的主要目标是天体生物学研究,包括寻找古代微生物生命的迹象。火星车将对火星的古代气候和地质特征进行表征,为人类探索红色星球铺平道路,并且,毅力号任务还是第一项对火星岩石和风化层(破碎的岩石和尘埃)进行收集和储存的任务。

目前,NASA正在与欧洲空间局(European Space Agency,ESA)合作,考虑进行后续的飞行任务:发射探测器前往火星,从火星表面收集这些储存的样本,然后将它们送回地球进行深入分析。

火星2020(Mars 2020)任务是一个更大计划的一部分,该计划还包括探月飞行任务,以此为人类探索红色星球做准备。到2024年,NASA将负责送宇航员重登月球;到2028年,NASA将通过阿耳忒弥斯(Artemis)月球探索计划在月球之上及其周围建立可持续的人类存在。

喷气推进实验室(JPL)由加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院(Caltech)为NASA管理,JPL负责建造并管理毅力号和好奇号(Curiosity)火星车的运营。

更多毅力号任务的相关信息请见:

mars.nasa.gov/mars2020/
nasa.gov/perseverance

参考来源:

https://mars.nasa.gov/news/8770/nasas-perseverance-rover-will-peer-beneath-mars-surface/

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