研究火星内部的“洞察”号火星着陆器正准备中

【博科园-科学科普】今年夏天对NASA来说是一个忙碌的时期。目前正在为卡西尼号进入土星的大气层进行最后的准备工作，监测最近一次飞越地球的近地小行星，这是历史性的旅行者号任务的40周年，并在肯尼迪航天中心举办了火星之夏。

除此之外位于加州帕萨迪纳的喷气推进实验室的工程师们正忙于准备在2018年发射的地震勘测、测地线和热传输(InSight)着陆器的内部勘探。一旦被部署到火星，着陆器将会揭示火星内部的地质和构图，揭示红色行星的形成和演化的历史。

美国宇航局的洞察火星着陆器的构想图。图片版权：NASA/JPL-Caltech

原定于2016年发射的着陆器的部署由于一个关键部件的失败而被推迟，一个容纳了内部结构地震实验的密室(SEIS)。洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin Space Systems)的技术人员已经完成了一项新的真空装置的工作，他们重新开始工作，在科罗拉多州丹佛市外的一个干净的房间里组装和测试太空船。

这个艺术概念图从2015年8月开始，描述了NASA的“洞察”火星着陆器，完全部署在火星内部深处的研究。图片版权：NASA/JPL-Caltech

正如洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)航天器项目经理斯图·斯帕特(Stu Spath)在NASA的一份新闻声明中说的那样：

我们的团队上个月恢复了系统级的集成和测试活动。着陆器已经完成，仪器已经集成到它上面，这样我们就可以完成最后的航天器测试，包括声学、仪器部署和热平衡测试。

除了对火星的探索外，我们还希望通过这个洞见来揭示40亿年前太阳系中所有的行星(即岩石)行星是如何形成的。火星是这类研究的一个特别合适的目标，因为在过去的30亿年里，它相对不活跃。然而当这个星球还年轻的时候，它经历了与地球类似的地质过程。

换句话说由于火星内部在过去的30亿年里一直受到较少的对流影响，它很可能保存了比地球更好的早期地质历史的证据。洞察将通过一系列仪器来研究这一保存的历史，这些仪器将测量地球的地震学，热损失，以及它的核心的状态和性质。

一旦它到达火星，固定式着陆器将在火星赤道附近设置，并部署它的两个折叠太阳能电池，类似于大型风扇。使其降落在几周内,它将使用一个机械手臂将其两个主要的工具在火星表面——上述地震实验内部结构(检波器)和热流探针(HP³)和物理属性。

火星内部的概念图。图片：NASA/JPL

SEIS仪器是由法国国家空间研究中心(CNES)与美国国家航空航天局(NASA)和一些欧洲科学机构合作开发的，它的灵敏度堪比地球上最好的研究地震仪。这台仪器将记录来自“火星”和“流星撞击”的地震波，它将揭示地球内部各层的情况。

HP³探测器由德国航空航天中心(DLR)研制，将使用一个Polish-made self-hammering机制来埋葬自己达3米深度(10英尺)以上。当它下降时探测器将扩展一个tether，它包含每到10厘米的温度传感器，它测量的是地下的温度轮廓。结合表面测量，仪器将确定从行星内部逸出的热量。

第三个实验即旋转和内部结构实验(RISE)也将发挥作用。该仪器将使用着陆器的x波段无线电链路对着陆器的位置进行多普勒跟踪，这也将允许它测量火星旋转轴的变化。由于这些变化主要与火星的大小和状态有关，这个实验将阐明火星上最大的谜团之一。

由于多次探测火星表面和大气的任务，科学家们现在知道大约在4.2亿年前，火星失去了它的磁场。正因为如此在接下来的5亿年里，火星的大气层被太阳风吹走了。相信正是这个过程使得地球从一个温暖的、潮湿的环境变成今天的寒冷、干燥和辐射的地方。

NASA的洞察火星探测器在丹佛附近的洛克希德·马丁的清洁室。图片：NASA/JPL-Caltech/Lockheed Martin

因此确定火星核心的状态——即它是固体还是液体，或者是固体的外核和液体内核之间的区别——将使科学家们能够更全面地了解地球的地质历史。它还将允许他们以相当肯定的方式回答火星如何以及何时失去了它的磁场(因此它的密度更高，更温暖的大气层)。

航天器的科学载荷也有望在明年发射。目前该任务计划于2018年5月5日发射，尽管这个窗口可以在五周内移动到任何时间。不管发射的是哪一天，任务策划者都表示，这架飞机将于2018年11月26日(感恩节后的周一)到达火星。

正如所指出的这项任务原本计划于2016年3月发射，但由于在特殊金属容器上存在泄漏而被取消，该容器旨在维持塞伊斯主要传感器周围近乎真空的环境。现在，经过重新设计的真空容器已经建造和测试(并与SEIS整合)，宇宙飞船已经准备好迎接新的发射日期了。

早在2010年“洞察使命”(InSight mission)就从28项提议中挑选出来，这是NASA“发现计划”(Discovery Program)“第十二轮”选择的一部分。与新前沿或旗舰项目形成鲜明对比的是，发现任务是小型的预算企业，有助于更大的科学追求。另外还有另外两名决赛选手——泰坦神探险家(时代)和彗星霍珀(CHopper)- InSight获得了进一步发展的资金。

参考：NASA JPL