2021年9月10日,即任务的第198个火星日,NASA毅力号火星车使用其WATSON相机,在一块绰号为“Rochette”的岩石上拍摄了这张自拍照。照片中可以看到星车使用其机械臂钻取岩芯样本的两个孔。
图片来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS

科学家们利用六轮火星车上的一系列成像仪,获得了这颗红色星球的全景图

NASA的毅力号火星车已经在杰泽罗火山口探索了超过217个地球日(211个火星日),那里的尘土飞扬的岩石开始讲述它们的故事——关于一个流淌着熔岩的年轻火星。

这个绵延数十亿年的故事正在展开,这在很程度上要归功于毅力号上的七台强大的科学相机。这些特殊的相机能够从很远的距离拍摄到微小的特征,对火星的景观进行大范围的扫描,并放大微小的岩石颗粒,这些相机还帮助火星车团队确定哪些岩石样本提供了最好的机会,以了解火星上是否曾经存在过微生物

来自世界各地的大约800名科学家和工程师组成了这个更大的毅力号团队。其中包括负责火星车每台相机和仪器的小团队,从几十人到多达100人。而相机背后的团队必须协调每一个拍摄决定。

“成像相机是一切的重要组成部分。”在南加州 NASA 喷气推进实验室毅力号首次科学活动的联合负责人薇薇安·孙(Vivian Sun)说。“我们每天都用它们来做科学研究。他们绝对至关重要。”

这些故事在毅力号于2月着陆后不久就开始了,随着多个相机进行科学调查,令人惊叹的图像也在不断增加。以下是它们的工作原理,以及迄今为止发现的一些样本。

大图片

毅力号的两个导航相机——在九个工程相机中——支持火星车的自动驾驶能力。在每一站,火星车首先使用这两台相机,以360度的视角来了解地面的情况。

2021年7月1日(火星任务的第130个太阳日),毅力号在自主行驶358英尺(109米)后,用其导航相机回顾其轨迹,这是迄今为止最长的自动行驶。该图像已经过处理,以增强对比度。
图片来源:NASA/JPL-Caltech

“导航相机的数据真的很有用,有了这些图像,就可以用更高分辨率的仪器如SuperCam和Mastcam-Z做有针对性的科学跟踪。”孙说。

毅力号的六台避险相机,或称Hazcams,包括前面的两对(任何时候只有一对在使用),以帮助避开故障点并将火星车的机械臂放在目标上;后面的两台Hazcams提供图像,以帮助火星车在更广阔的境中定位。

Mastcam-Z是火星车桅杆上的一对“眼睛”,是为大画面而建的:全景彩色拍摄,包括3D图像,具有变焦功能。它还可以拍摄高清视频

毅力号火星车使用其Mastcam-Z相机系统制作了这张增强的彩色全景图,科学家们用它来寻找岩石采样点。这幅全景图是由2021年7月28日(即任务的第155个火星日)所拍摄的70张独立图像拼接而成。
图片来源:NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

亚利桑那州立大学的吉姆·贝尔(Jim Bell)领导着Mastcam-Z团队,该团队一直在高速工作,为更大的团队制作图像。“我们在这次任务中的部分工作是一种分流,”他说。“我们可以在大片的图片中穿梭,对地质和颜色进行一些快速评估。这帮助团队确定了仪器的目标位置。”

颜色是关键:Mastcam-Z图像使科学家能够将火星勘测轨道飞行器MRO)从轨道上看到的特征与他们在地面上看到的特征联系起来。

该仪器还具有低分辨率光谱仪的功能,将其捕获的光线分成11种颜色。科学家们可以分析这些颜色,以获取发出光线的材料的组成,帮助他们决定用任务的真正光谱仪来放大哪些特征。

例如,3月17日有一个著名的系列图像。它显示了一个宽阔的悬崖,又称“三角洲悬崖”,它是很久以前在火口形成的扇形河流三角洲的一部分。在Mastcam-Z提供了广阔的视野之后,任务转向SuperCam进行近距离观察。

远景

这张杰泽罗火山口“三角洲悬崖”的拼接照片由五张照片组成,摄于2021年3月17日,由毅力号的远程显微成像仪(RMI)相机在1.4英里(2.25公里)外拍摄。
图片来源:NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS/ASU/MSSS

科学家们利用SuperCam研究矿物学和化学,并寻找古代微生物生命的证据。它位于毅力号桅杆上的Mastcam-Z附近,它包括远程微型成像仪(Remote Micro-Imager,简称RMI),它可以从一英里多远的地方放大一个垒球大小的特征。

一旦Mastcam-Z提供了悬崖的图像,SuperCam RMI就会追踪到它的一个角落,提供特写镜头,随后这些特写镜头拼接在一起,以获得更清晰的视图。

对于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室SuperCam的主要研究人员罗杰·威恩斯(Roger Wiens)来说,这些图像充分说明了火星的古代历史,当时的大气足够厚,也足够温暖,可以让水在火星表面流动。

“这显示了巨大的卵石,”他说。“这意味着一定发生了一些巨大的山洪暴发,将巨石冲下河床进入三角洲地层。”

块状的地层告诉他更多。

“这些巨大的卵石位于三角洲地层的中部,”威恩斯说。“如果湖床是满的,你会在最上面找到这些。因此,在山洪爆发时,湖水并没有充满。总的来说,这可能表明了不稳定的气候。也许我们并不总是拥有这个我们可能喜欢饲养一些微生物的非常平静、平静、宜居的地方。”

此外,科学家们还发现了早期火山口底部由熔岩或岩浆形成的火成岩的迹象。这可能不仅意味着流动的水,还意味着在湖泊本身形成之前、之中或之后流动的熔岩。

这些线索对于探索远古火星生命迹象和潜在的宜居环境至关重要。为此,火星车正在采集火星岩石和沉积物样本,未来的任务可能会将这些样本带回地球进行深入研究。

(真的)特写

2021年7月11日,即任务的第139个火星日,毅力号使用其WATSON相机拍摄了这个绰号为“Foux”的岩石目标特写。相机内的区域大约是1.4乘1英寸(3.5厘米乘2.6厘米)。
图片来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS

毅力号的各种相机协助选择这些样本,包括WATSON(用于操作和工程的广角地形传感器)。

WATSON位于探测车机械臂的末端,可以提供岩石和沉积物的极端特写,锁定微小颗粒的种类、大小、形状和颜色,以及它们之间的“胶结物”。这些信息可以帮助我们了解火星的历史以及潜在样本的地质背景。

WATSON还帮助工程师定位火星车的钻头,以提取岩芯样本,并生成样本来源的图像。

该成像仪与SHERLOC(用拉曼光谱仪扫描可居住环境和有机化学发光)合作,其中包括一个自动对焦和背景成像仪(ACI),这是火星车的最高分辨率相机。SHERLOC使用紫外线激光识别岩石和沉积物中的某些矿物质,而同样安装在机械臂上的PIXL(行星X射线岩石化学仪器)使用x射线确定化学成分。这些摄像机与沃森协同工作,已经帮助捕捉了地质数据,包括陨石坑底部火成岩的迹象,其精确度令科学家们感到惊讶。

该成像器与SHERLOC(用拉曼和发光扫描宜居环境的有机物和化学品)合作,其中包括一个ACI(自动对焦和背景成像器),这是火星车的最高分辨率相机。SHERLOC使用紫外线激光来识别岩石和沉积物中的某些矿物,而同样在机械臂上的PIXL(用于 X 射线岩石化学的行星仪器)则使用X射线来确定化学成分。这些相机与WATSON协同工作,帮助捕捉地质数据——包括火山口地面上的火成岩的迹象——其精确度令科学家感到惊讶。

SHERLOC在JPL的首席研究员卢瑟·比格尔(Luther Beegle)说:“我们得到了在水环境中形成的材料的非常酷的光谱——例如,硫酸盐和碳酸盐。”

工程师们还使用WATSON来检查漫游车的系统和底盘——以及拍摄毅力号自拍(方法如下)。

比格尔说,不仅是成像仪器的强大性能,而且它们能够承受火星表面的恶劣环境,让他对毅力号获得重大发现的机会充满信心。

“一旦我们靠近三角洲,那里应该有非常好的保存生命迹象的潜力,如果有的话,我们就有很好的机会看到一些东西。”他说。

关于任务的更多信息

毅力号在火星上的任务的一个关键目标是天体生物学,包括寻找古代微生物生命的迹象。该火星车将描绘火星的地质和过去的气候特征,为人类探索红色星球铺平道路,并成为第一个收集和储存火星岩石和风化层(破碎的岩石和尘埃)的任务。

随后,NASA将与欧洲航天局(ESA)合作,向火星发射航天器,从火星表面收集这些密封的样本,并将它们送回地球进行深入分析。

火星2020毅力任务是NASA月球到火星探索方法的一部分,其中包括对月球的阿耳忒弥斯任务,这将有助于为人类探索红色星球做准备。

JPL由加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院为NASA管理,并负责建造和管理毅力号火星车的运营。

有关毅力号的更多信息,请访问:

mars.nasa.gov/mars2020/

nasa.gov/perseverance

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-perseverance-rover-cameras-capture-mars-like-never-before

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