告別機(jī)遇號(hào)

劉聲遠(yuǎn)

2019年2月13日，在機(jī)遇號(hào)火星車（簡(jiǎn)稱機(jī)遇號(hào)）于火星大規(guī)模沙塵暴中沉寂差不多8個(gè)月之后，也是在它登陸和探索火星15周年之后僅幾周時(shí)間，美國(guó)宇航局宣布向它做最后告別。

火星沙塵暴終結(jié)了它

2018年5月底，美國(guó)宇航局的火星勘測(cè)者號(hào)軌道器發(fā)現(xiàn)機(jī)遇號(hào)所在地——直徑22千米的奮進(jìn)環(huán)形山（隕擊坑）附近有沙塵暴醞釀。沙塵暴很快就吞沒了機(jī)遇號(hào)，最終蔓延到火星全球。遮擋陽光的濃密沙塵阻止機(jī)遇號(hào)的電池充電，機(jī)遇號(hào)由此進(jìn)入冬眠，一直無法啟動(dòng)車載加熱器。而火星的寒冷氣溫可降到足以讓焊點(diǎn)及其他重要內(nèi)部硬件裂口的程度。糟糕的情況的確發(fā)生了——6月10日之后機(jī)遇號(hào)就再無訊息。7月底，這場(chǎng)沙塵暴開始減弱。至9月中旬己減弱到美國(guó)宇航局能開始嘗試喚醒機(jī)遇號(hào)的程度?？茖W(xué)家向機(jī)遇號(hào)發(fā)出連續(xù)指令，傾聽它發(fā)回的任何嗶嗶聲。這種聯(lián)絡(luò)必須持續(xù)進(jìn)行好幾個(gè)月，因?yàn)闄C(jī)遇號(hào)所在地的風(fēng)季開始于11月?？茖W(xué)家希望，強(qiáng)風(fēng)能把機(jī)遇號(hào)太陽能電池板上的塵埃吹落，從而讓機(jī)遇號(hào)的電池重新充電，這樣一來機(jī)遇號(hào)最終就可能蘇醒。然而，機(jī)遇號(hào)始終沒有醒來，而且看來永遠(yuǎn)也不會(huì)醒來了。

自從2018年6月以來，美國(guó)宇航局總共上千次嘗試與機(jī)遇號(hào)聯(lián)絡(luò)。作為最后一次努力，該局2019年2月12日向機(jī)遇號(hào)發(fā)出終極指令，但它依然沒有回應(yīng)。13日下午，美國(guó)宇航局不得不宣布機(jī)遇號(hào)已經(jīng)永遠(yuǎn)停止運(yùn)作，并宣布正式向它永久道別。高爾夫球車大小的機(jī)遇號(hào)的終結(jié)，意味著2003年7月發(fā)射的雙火星車——勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)任務(wù)也終結(jié)。勇氣號(hào)在2011年就永久停轉(zhuǎn)。當(dāng)時(shí)，勇氣號(hào)在火星冬天來臨時(shí)無法重新朝向太陽，也就是說最終它被凍死。

超期服役它疲憊不堪

機(jī)器人火星車機(jī)遇號(hào)的運(yùn)轉(zhuǎn)期遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過科學(xué)家預(yù)期。機(jī)遇號(hào)的設(shè)計(jì)任務(wù)期只有90個(gè)火星日，計(jì)劃穿越劇離為1000米。但它實(shí)際上運(yùn)轉(zhuǎn)了14年半（5352個(gè)火星日），穿行距離接近48千米（超過任何機(jī)器人或人在外星上行進(jìn)的距離），其探索結(jié)果堪稱重塑了科學(xué)家對(duì)火星的了解。它在停轉(zhuǎn)前經(jīng)歷了極端溫度變化和輻射，卻在2018年6月遭遇火星全球范圍的強(qiáng)沙塵暴。這對(duì)機(jī)遇號(hào)來說是致命一擊，因?yàn)闄C(jī)遇號(hào)完全依賴太陽能為車載儀器供電。機(jī)遇號(hào)最后一次向地球發(fā)回信號(hào)是在2018年6月10日。在很多次嘗試聯(lián)絡(luò)和復(fù)蘇它均告失敗后，美國(guó)宇航局于2018年8月設(shè)定最后期限——如果45天內(nèi)還未收到機(jī)遇號(hào)的回應(yīng)，就宣布它死亡。到了2018年10月，這一期限延后到2019年1月以重新評(píng)估相關(guān)情況。美國(guó)宇航局之所以對(duì)機(jī)遇號(hào)如此不舍，一是因?yàn)樗暙I(xiàn)卓著，二是因?yàn)樗馁Y不菲——高達(dá)4億美元。

對(duì)于疲憊不堪的機(jī)遇號(hào)來說，它曾經(jīng)致力于探索的火星表面的毅力谷地區(qū)現(xiàn)在成為它的墓地。2003年夏季，勇氣號(hào)及其孿生兄弟機(jī)遇號(hào)先后升空。2004年1月24日，機(jī)遇號(hào)在火星子午線平原登陸。在此之前20天，勇氣號(hào)在火星另一側(cè)的古謝夫環(huán)形山登陸。這一雙火星車任務(wù)為火星探索設(shè)定了新標(biāo)準(zhǔn)。在這兩部火星車登陸之前，科學(xué)家想象不到它們的表現(xiàn)會(huì)怎樣?？茖W(xué)團(tuán)隊(duì)合力為機(jī)遇號(hào)尋找在火星表面的可行路徑，包括繞道和攀爬巖石、圓石、碎石坡以及在環(huán)形山底部行進(jìn)路線。

舍得它因?yàn)樗暙I(xiàn)大

科學(xué)家說，告別機(jī)遇號(hào)比告別勇氣號(hào)更難。機(jī)遇號(hào)和勇氣號(hào)發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)古火星與今天的火星截然不同。今天的火星寒冷、干燥、荒涼，而遠(yuǎn)古火星在地面或地下都存在液態(tài)水。機(jī)遇號(hào)的設(shè)計(jì)目的是尋找火星過去水情況的線索。在超期服役過程中，它的成績(jī)斐然。它在登陸地點(diǎn)遇到的珍珠狀巖石，表明遠(yuǎn)古火星存在液態(tài)水。在此之前，美國(guó)宇航局發(fā)射的海盜1號(hào)和2號(hào)軌道器等在火星表面拍到了像是古代河道的地貌。機(jī)遇號(hào)則確鑿無疑地證明火星在遠(yuǎn)古時(shí)期存在大量液態(tài)水。機(jī)遇號(hào)對(duì)火星表面黏土礦物質(zhì)的檢測(cè)表明，35億年～40億年前（地球生命起源時(shí)期）的火星水中至少一部分的pH值接近中性，也就是說當(dāng)時(shí)的火星支持生命存在。勇氣號(hào)在這方面貢獻(xiàn)也很大。例如，它發(fā)現(xiàn)古謝夫環(huán)形山存在遠(yuǎn)古地?zé)嵯到y(tǒng)。這就證明至少遠(yuǎn)古火星的一些部位既存在液態(tài)水，也存在生命可能利用的能量來源。后來的任務(wù)證實(shí)并深化了這些發(fā)現(xiàn)。例如，美國(guó)宇航局的好奇號(hào)火星車發(fā)現(xiàn)直徑154千米的蓋爾環(huán)形山40億年前曾有過一個(gè)長(zhǎng)期存在、可能支持生命的湖泊和溪流系統(tǒng)。

雖然這一雙火星車任務(wù)己宣告終結(jié)，但美國(guó)宇航局探索火星的計(jì)劃遠(yuǎn)未結(jié)束。2018年11月登陸火星的洞察號(hào)火星車，已經(jīng)對(duì)火星內(nèi)部情況進(jìn)行了一系列探測(cè)。2020年，美國(guó)宇航局和歐洲空間局將發(fā)射首批旨在探測(cè)火星微生物的火星車。

為什么好奇號(hào)不去救機(jī)遇號(hào)？

為什么美國(guó)宇航局不發(fā)射拯救飛行器去救助機(jī)遇號(hào)？畢竟，機(jī)遇號(hào)并非是第一部火星車，也不會(huì)是最后一部。最明顯的機(jī)遇號(hào)拯救者是好奇號(hào)火星車。好奇號(hào)是比機(jī)遇號(hào)年輕、由核動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的火星車。為什么不讓好奇號(hào)抽出時(shí)間去看看機(jī)遇號(hào)發(fā)生了什么情況，以及是否可以修復(fù)？

第一個(gè)不幸的因素是距離。根據(jù)美國(guó)宇航局火星地圖，機(jī)遇號(hào)和好奇號(hào)彼此間隔大約8400千米。好奇號(hào)的行進(jìn)速度比機(jī)遇號(hào)快一點(diǎn)，但即便如此，要讓好奇號(hào)去看望機(jī)遇號(hào)的話路途也太過漫長(zhǎng)，根本不可能完成。火星車在火星上行進(jìn)，全程都需要來自地球的指引。地球與火星之間的信息傳輸有遲延，哪怕火星車走一米遠(yuǎn)都要花幾天時(shí)間。

第二個(gè)問題是，好奇號(hào)是一個(gè)探索機(jī)器人，而不是一個(gè)維修機(jī)器人。就算要把好奇號(hào)上的儀器組功能修改為清除機(jī)遇號(hào)太陽能電池板上的塵埃，也將是一個(gè)極大挑戰(zhàn)，根本無法保證能成功救助機(jī)遇號(hào)。

最后一個(gè)問題是時(shí)間。就算好奇號(hào)能搭乘某種快車前往機(jī)遇號(hào)所在位置，火星冬季也正在降臨，機(jī)遇號(hào)可能會(huì)迅速受損到自己根本無法保溫，因而根本等不到修復(fù)的地步。

所以，我們只好告別機(jī)遇號(hào)。但誰能保證有朝一日人類登上火星，就不能設(shè)法讓機(jī)遇號(hào)復(fù)生呢？機(jī)遇號(hào)在火星上最終會(huì)怎樣？

機(jī)遇號(hào)在火星上最終會(huì)怎樣？

地球是受到保護(hù)的生物圈。許多人類物品在地球之外都撐不了太久。太陽輻射很可能已經(jīng)讓美國(guó)大富翁馬斯克2018年發(fā)射到太空的特斯拉流浪者號(hào)飛行器粉身碎骨。不過，這個(gè)“流浪者”本身有大量有肌纖維和塑料?；鹦擒囉筛鼒?jiān)韌材料制成，但機(jī)遇號(hào)上的確有一些塑料部件（例如保溫材料）最終可能會(huì)在強(qiáng)烈陽光照射下分解。盡管如此，科學(xué)家預(yù)計(jì)機(jī)遇號(hào)依然會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間里基本保持原樣，如果未來宇航員在幾十年或百年后登陸火星，他們可能會(huì)看到布滿塵埃的機(jī)遇號(hào)。

機(jī)遇號(hào)的運(yùn)作前提是火星風(fēng)會(huì)把它身上的塵埃吹落。但時(shí)間太長(zhǎng)的話，塵埃和風(fēng)究竟誰會(huì)勝出就不清楚了。或者，沙塵終會(huì)將機(jī)遇號(hào)掩埋。如果是幾百萬年后呢？在地球上，在地表任何一個(gè)地方一動(dòng)不動(dòng)的東西最終都容易被掩埋到地下，這是因?yàn)樗桶鍓K運(yùn)動(dòng)的效應(yīng)。但這些效應(yīng)在火星上并不存在。如果時(shí)間足夠漫長(zhǎng)，火星會(huì)遭遇足夠多的外來天體撞擊，被撞出的火星塵土最終回落并重造火星表面，將表面物體掩埋掉。

如果機(jī)遇號(hào)永留火星，幾億年后當(dāng)外星人登陸火星時(shí)，他們會(huì)在巖石中發(fā)現(xiàn)機(jī)遇號(hào)的“化石”。美國(guó)宇航局希望有朝一日把人類送上火星，甚至最終在火星上建立人類定居點(diǎn)。機(jī)遇號(hào)團(tuán)隊(duì)首領(lǐng)己明確表示不打算把機(jī)遇號(hào)送回地球，但當(dāng)人類定居火星后，他們有可能去尋找并保存機(jī)遇號(hào)?；蛟S機(jī)遇號(hào)最終會(huì)進(jìn)入博物館，或者它探索過的地區(qū)最終將成為一個(gè)紀(jì)念公園。當(dāng)然，人類有可能在較長(zhǎng)時(shí)間里無法登陸火星，機(jī)遇號(hào)可能也變不成化石。還有一種可能是，再過幾百萬年，一顆隕星將把機(jī)遇號(hào)砸碎。

機(jī)遇號(hào)主要戰(zhàn)績(jī)

2005年3月20日，機(jī)遇號(hào)在一天里行進(jìn)220米，創(chuàng)下單日行進(jìn)最長(zhǎng)距離紀(jì)錄。

機(jī)遇號(hào)總共拍攝了超過21.7萬張圖像，其中包括15張360°彩色全景照。

機(jī)遇號(hào)打磨了52塊巖石表面，揭示了新鮮礦物材料，還用刷子清理了另外72個(gè)目標(biāo)供檢測(cè)。

機(jī)遇號(hào)在自己登陸地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了在水中形成的一種礦物——赤鐵礦。

機(jī)遇號(hào)在奮進(jìn)環(huán)形山發(fā)現(xiàn)的跡象強(qiáng)烈暗示了遠(yuǎn)古火星水運(yùn)動(dòng)，而且這些水與地球湖泊或池塘里的可飲用水相似。

孿生火星車十人發(fā)現(xiàn)

誕生于火山勇氣號(hào)在自己的登陸地點(diǎn)古謝夫環(huán)形山發(fā)現(xiàn)的玄武巖，強(qiáng)烈暗示該地區(qū)是火山爆發(fā)產(chǎn)物，火山爆發(fā)期間巖漿與水混合。

沙塵暴2005年，勇氣號(hào)拍攝到火星上的一系列沙塵暴。這成為十分罕見的影像資料。

火星云兩部火星車率先拍攝到火星天空中類似地球云的云團(tuán)。

外星隕石2005年，機(jī)遇號(hào)在探索火星時(shí)偶然遇到一塊籃球大小、由鐵和鎳組成的巖石。這也是在外星上發(fā)現(xiàn)的第一塊隕石。機(jī)遇號(hào)后來又在火星上發(fā)現(xiàn)一系列隕石。

從火星看地球登陸火星后不久，勇氣號(hào)回望地球，抓拍了從火星表面看到的地球照片。

測(cè)量火星溫度來自兩部火星車的數(shù)據(jù)，讓科學(xué)家得以首次創(chuàng)制火星大氣層溫度分布圖，首次證明火星表面有上升的暖氣團(tuán)。這后一個(gè)發(fā)現(xiàn)可能有助于設(shè)計(jì)未來的火星飛行器。

“藍(lán)莓”和“新莓”登陸火星才幾周后，機(jī)遇號(hào)就發(fā)現(xiàn)了富鐵小球，科學(xué)家戲稱其為“藍(lán)莓”。隨后，機(jī)遇號(hào)在火星上多個(gè)地方發(fā)現(xiàn)了更多“藍(lán)莓”?？茖W(xué)家認(rèn)為它們是含水礦物進(jìn)入沉積巖的產(chǎn)物。2012年，機(jī)遇號(hào)發(fā)現(xiàn)了火星上結(jié)構(gòu)和組成都不同的另一類小球，科學(xué)家稱之為“新莓”，其起源仍然是謎。

遠(yuǎn)古潮濕火星兩部火星車都發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)古火星存在大量水的豐富證據(jù)。2011年，機(jī)遇號(hào)發(fā)現(xiàn)了這方面最令人信服的證據(jù)：一層薄而亮的石膏礦脈。它是幾十億年前流水在奮進(jìn)環(huán)形山邊緣沉積下來的。

可居環(huán)境2012年，科學(xué)家宣布機(jī)遇號(hào)正在探索奮進(jìn)環(huán)形山邊緣的一個(gè)特殊區(qū)域——馬杰維克丘。那里包含的黏土礦物暗示該區(qū)域很久以前曾暴露在相對(duì)中性的水中。這樣的環(huán)境被認(rèn)為適合生命生存。

古地?zé)嵯到y(tǒng)2007年，勇氣號(hào)的右前輪在勇氣號(hào)于古謝夫環(huán)形山挖掘期間跛足，反而揭示出亮白色的純硅沉積物。在地球上，這樣的沉積物只可能由熱水與巖石反應(yīng)生成。所以，科學(xué)家認(rèn)為勇氣號(hào)偶然撞見了遠(yuǎn)古火星（就像美國(guó)黃石國(guó)家公園里那樣的）地?zé)釃娍凇＿@一發(fā)現(xiàn)顯示，至少火星的一些部分曾經(jīng)存在我們所知生命所需的兩種關(guān)鍵成分：液態(tài)水和一個(gè)能量來源。

機(jī)遇號(hào)和勇氣號(hào)的設(shè)計(jì)與規(guī)格

機(jī)遇號(hào)和勇氣號(hào)都是由太陽能供電的6輪機(jī)器人火星車，站立高度都是1.5米，寬度都是2.3米，長(zhǎng)度都是1.6米，重量都是180千克。六輪系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)。每個(gè)輪子都有自身的馬達(dá)，火星車前后均可控制方向，安全操作角度達(dá)30°。這兩部火星車的最大行進(jìn)速度均為每秒5厘米，平均速度為每秒0.89厘米。

每個(gè)火星日，兩部火星車的太陽能電池板各自發(fā)電14小時(shí)，可充電鋰電池則儲(chǔ)電供夜間使用。機(jī)遇號(hào)的車載電腦有256兆閃存。機(jī)遇號(hào)的運(yùn)作溫度為-40～40°C，放射性同位素加熱器為它提供基本加熱，必要時(shí)輔之以電加熱。一層金膜和一層硅氣凝膠為機(jī)遇號(hào)提供隔熱保護(hù)。

機(jī)遇號(hào)與地球之間通信依靠的是一部低傳輸率全方位低增益天線和一部可操縱高增益天線，兩者均與地球直接聯(lián)絡(luò)。另一部低增益天線被用于向環(huán)繞火星的飛船傳輸數(shù)據(jù)。

機(jī)遇號(hào)車載儀器組

全景相機(jī)

檢測(cè)局部地面紋理、色彩、礦物組成和結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)航相機(jī)

視野更廣的單色相機(jī)，像素較低，用于導(dǎo)航和驅(qū)動(dòng)。

微型熱輻射光譜儀

辨認(rèn)有較高探索價(jià)值的巖石和表皮土作進(jìn)一步檢驗(yàn)，并且確定它們的形成過程。

哈茲相機(jī)

兩部視野120°的黑白相機(jī)，提供有關(guān)火星車周圍情況的更多信息。

火星車機(jī)器人臂載儀器組

穆斯保爾光譜儀用于近距離調(diào)查含鐵巖石和表皮土的礦物組成。阿爾法粒子x射線光譜儀用于近距離分析組成巖石和表皮土的元素豐度。磁鐵用于采集磁性塵埃顆粒。微型成像儀用于近距離獲取巖石和表皮土的高像素圖像。巖石磨損工具用于暴露新鮮材料供車載儀器檢測(cè)。

機(jī)遇號(hào)供電系統(tǒng)

機(jī)遇號(hào)采用太陽能電池組和一只可充電化學(xué)電池供電。這類火星車都有兩只可重復(fù)充電鋰電池。任務(wù)期開始時(shí)，太陽能電池板在每個(gè)火星日為電池和車載系統(tǒng)提供大約0.9千瓦時(shí)的電能，但這個(gè)數(shù)字因?yàn)橐幌盗幸蛩囟儎?dòng)較大。在鷹環(huán)形山開始時(shí)電池供電0.84千瓦時(shí)，而到了第319個(gè)火星日則降至0.73千瓦時(shí)。

火星有季節(jié)變化，冬季光照減少。但火星年比地球年長(zhǎng)一些，火星季節(jié)更替大約每?jī)蓚€(gè)地球年才完成一次。到2016年，機(jī)遇號(hào)已經(jīng)歷7個(gè)火星冬季，冬季期間電力下降意味著機(jī)遇號(hào)不能開展耗電厲害的探測(cè)活動(dòng)。它的第一次火星冬季電量在兩個(gè)月中降到0.3千瓦時(shí)以下，但隨后的冬季情況則沒這么糟糕。

降低發(fā)電量的另一個(gè)因素是火星沙塵，‘尤其是沙塵暴。火星距離太陽最近時(shí)，火星沙塵暴發(fā)生最頻繁。2007年的火星全球沙塵暴讓兩部火星車電量劇降，以至于火星車每天的移動(dòng)時(shí)間只有幾分鐘。

回顧好奇號(hào)登陸

2012年8月5日，轎車大小的好奇號(hào)火星車抓拍到自己登陸火星的場(chǎng)景。當(dāng)時(shí)，好奇號(hào)上的火星降落成像相機(jī)拍攝到了六輪火星車好奇號(hào)在“驚心動(dòng)魄6分鐘”里的幾百?gòu)堈掌?，并將其?97張合并成一段時(shí)長(zhǎng)1分鐘的視頻，首次顯示出火星車登陸火星的驚心動(dòng)魄場(chǎng)景，其中亮點(diǎn)包括好奇號(hào)與防熱罩（直徑4.5米）分離和天空起重機(jī)（由好奇號(hào)搭載的火箭驅(qū)動(dòng)，它采用電纜讓好奇號(hào)下降到火星地表）揚(yáng)起的火星塵埃云。

其中首批照片是好奇號(hào)在著陸后大約兩分半鐘時(shí)拍攝的。在其中一張上，可見正在脫離飛船的防熱罩。這張照片拍攝于防熱罩脫落后大約3秒鐘，屬于好奇號(hào)從火星上發(fā)回的首批彩照之一。這段視頻有些模糊，原因是這些照片在被好奇號(hào)傳回地球之前被壓縮了。全像素照片更好看，但它們只能被持續(xù)和少量傳回。火星降落成像相機(jī)位于好奇號(hào)底部且鏡頭朝下，它是好奇號(hào)搭載的17部相機(jī)之一。它的主要任務(wù)是拍攝好奇號(hào)在登陸地點(diǎn)——直徑154千米的蓋爾環(huán)形山登陸情況，讓好奇號(hào)的地面控制團(tuán)隊(duì)看到這座環(huán)形山（好奇號(hào)的探索目標(biāo)）的鳥瞰情景。

好奇號(hào)是美國(guó)宇航局25億美元“火星實(shí)驗(yàn)室”任務(wù)的核心，該任務(wù)嘗試查明火星能否或曾經(jīng)是否支持微生物生命。好奇號(hào)已經(jīng)向地球發(fā)回大量數(shù)據(jù)，其中包括蓋爾環(huán)形山中心的神秘小山——夏普山（直徑5千米）的照片。好奇號(hào)正在探索火星10億年來的環(huán)境變遷在巖石中留下的記錄。好奇號(hào)搭載的10部科學(xué)儀器能全天候工作。

（責(zé)任編輯程輝）