劉海英

幾十年來，人類對火星的探索從未間斷?！坝職狻碧?、“機(jī)遇”號、“鳳凰”號、“好奇”號等探測器已經(jīng)登陸火星。但一直以來，人類對火星的探索都“浮于表面”。對火山、峽谷、巖石、土壤這些火星地表特征的種種研究，讓我們對火星有了初步的了解。美國國家航空航天局（NASA）近日宣布，“洞察”號將加入探索火星的隊(duì)伍 。這個(gè)“新進(jìn)小子”將走一條不同于“前輩”的探索之路：它將深入探查火星內(nèi)部，讓科學(xué)家通過火星，了解太陽系中包括地球在內(nèi)的類地行星的起源與演化過程。

探查火星內(nèi)部

揭示類地行星演化之謎

“洞察力”是個(gè)很貼切的名稱，非常適合星際探索的頭銜，也和NASA此次任務(wù)的主要內(nèi)容契合。實(shí)際上，洞察力是“利用地震調(diào)查、測地學(xué)和熱傳輸進(jìn)行內(nèi)部探查”的英文首字母縮寫，它不僅僅是一個(gè)火星任務(wù)，其中也隱含著NASA了解地球起源與演化秘密的期許。在NASA眼中，火星就如同一塊他山之石，科學(xué)家們希望通過對其內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)的探測，來解決太陽系行星科學(xué)中的一個(gè)基本問題——40多億年前，太陽系內(nèi)的類地行星是如何形成的？

一般來說，類地行星的形成是從一種叫作“吸積”的過程開始的。初始核心不斷地捕獲、吞吃周圍物質(zhì)，隨著體積的增加，內(nèi)部溫度會(huì)逐漸升高并融化，而后隨著冷卻和再結(jié)晶，逐漸演變成我們今天所知的包含地核、地幔和地殼的類地行星。雖然所有的類地行星都有類似的結(jié)構(gòu)，但它們絕非完全一樣，沒有統(tǒng)一模板，每一顆類地行星都經(jīng)過一個(gè)被稱為“分化”的過程，才變成它們目前的樣子。而對這一過程，科學(xué)家們知之甚少?！岸床炝Α比蝿?wù)的主要目標(biāo)，就是探查火星內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)，了解行星的“分化”之謎，以揭示太陽系內(nèi)類地行星的演化過程。

此外，通過對火星上的構(gòu)造活動(dòng)和隕石撞擊進(jìn)行深入研究，為了解地球上的類似活動(dòng)提供線索，也是“洞察力”任務(wù)的目標(biāo)之一。

為什么是火星

因?yàn)樗幸粋€(gè)“好身材”

太陽系有八大行星，和地球相似的兄弟也不止火星一個(gè)，水星、金星也都是類地行星。NASA為什么要選擇通過火星來了解類地行星的演化過程？或許原因不止一個(gè)，但“洞察力”任務(wù)項(xiàng)目首席科學(xué)家，NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的布魯斯·班尼特的看法絕對是最權(quán)威的。他指出，選擇火星，是因?yàn)樗幸粋€(gè)“好身材”?！盎鹦遣淮蟛恍?，正合適”，班尼特這樣表述。

火星有多大？直徑6794千米，大約是地球直徑的一半。這個(gè)體量，正是NASA科學(xué)家眼中的“完美身材”。

首先，它足夠大，足以支撐其進(jìn)行早期的內(nèi)部加熱和分化過程，進(jìn)而形成類地行星。可以說，對火星演化的理解基本上可適用于水星、金星和地球。同時(shí)，它又足夠小，導(dǎo)致其地質(zhì)活動(dòng)遠(yuǎn)沒有地球、金星活躍，因而能夠在經(jīng)過40多億年的漫長時(shí)間后仍保留著演化印跡。雖然水星比火星還小，可能會(huì)有類地行星早期形成過程的證據(jù)，但它離地球太遠(yuǎn)而又離太陽太近了，以如今人類掌握的科技水平登陸水星，想都不要想，更遑論對其內(nèi)部進(jìn)行探查了。

正因有著一個(gè)“好身材”，火星才成為科學(xué)家了解類地行星演化過程的最佳目標(biāo)。火星地殼的厚度和分層、地幔的密度和層理、地核的大小和密度、熱量從內(nèi)部散逸的速率等信息，蘊(yùn)含著太陽系中類地行星形成過程的最深入、最準(zhǔn)確的記錄。它就如同一本“歷史書”，內(nèi)含諸多的“秘聞、真相”，需要科學(xué)家們一點(diǎn)兒一點(diǎn)兒地挖掘。

六個(gè)調(diào)查項(xiàng)目

倚仗兩大研究利器

“洞察”火星，需要看到哪些景象，才能完成揭示太陽系內(nèi)類地行星演化過程、尋找地球構(gòu)造活動(dòng)及隕石撞擊線索這兩大任務(wù)？

NASA為“洞察”號設(shè)定了6個(gè)調(diào)查項(xiàng)目，希望通過這些調(diào)查，一窺火星內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)的奧秘。這6個(gè)調(diào)查項(xiàng)目分別是：確定火星地核的大小、組成和物理狀態(tài)；確定火星地殼的厚度和結(jié)構(gòu)；確定火星地幔的組成和結(jié)構(gòu)；確定火星內(nèi)部的熱態(tài)；測量火星內(nèi)部地震活動(dòng)的幅度、速率和地理分布；測量火星表面的隕石撞擊率。

而這6個(gè)調(diào)查項(xiàng)目的完成，則要倚仗“洞察”號荷載的兩臺(tái)精密儀器——地震儀（SEIS）和熱流探頭（HP3）。

按照NASA的計(jì)劃，“洞察”號探測器將在2018年11月26日登陸火星，在火星赤道附近著陸后，將這兩個(gè)儀器永久放置在火星上。

此外，NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室還將進(jìn)行一項(xiàng)自轉(zhuǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)（RISE），科學(xué)家們將利用火星與地球之間的無線電傳輸來評估火星繞軸自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的擾動(dòng)，該實(shí)驗(yàn)將為研究火星內(nèi)核大小提供線索。

科學(xué)家們希望，他們能通過這些先進(jìn)的儀器探測到火星的各種“生命跡象”：通過SEIS探測它的“脈搏”，通過HP3測量它的“體溫”，通過RISE觀察它的“條件反射”。這些“生命跡象”，既是火星億萬年的成長記錄，也是揭開太陽系內(nèi)類地行星演化之謎的鑰匙。

明年5月5日后5周內(nèi)的某一天，“洞察”號將從美國加州中部的范登堡空軍基地升空，并于感恩節(jié)后的第一個(gè)星期一登錄火星，隨后開始對火星“診脈測溫”。NASA預(yù)計(jì)，在所有儀器部署完成后，科學(xué)家在一個(gè)火星年（687天，相當(dāng)于1.88個(gè)地球年）內(nèi)將獲得超過29Gb的數(shù)據(jù)。屆時(shí)，人類對火星的探索有望邁向一個(gè)新高度。

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地震儀，全稱為內(nèi)部結(jié)構(gòu)地震實(shí)驗(yàn)裝置（SEIS），由法國國家太空研究中心、巴黎地球物理研究所、瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院、德國馬克·普朗克研究所、英國帝國理工學(xué)院和NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合打造，其靈敏度“令人發(fā)指”，足以探測到不足氫原子直徑一半的地層移動(dòng)。SEIS將記錄火星地震或隕石撞擊產(chǎn)生的地震波，向科學(xué)家提供火星地層內(nèi)部的相關(guān)信息。

熱流探頭，全稱為熱流與物理性能包（HP3），由德國航空航天中心提供。它要比以前火星車上的小鏟子等工具厲害得多，能夠深入火星地表以下10英尺（3米）甚至更深處，對來自火星內(nèi)部的能量進(jìn)行測量。endprint