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揭開美國火星探測車 神秘面紗

海盜1號第一代火星探測器。 海盜1號第一代火星探測器。
漫遊者第二代火星探測車 漫遊者第二代火星探測車

中國將於今年年底前進行嫦娥五號飛行試驗,完成月球採樣並返回地球,除了增加對月球基礎科研,也將提供更多火星計畫所需的飛行數據,為火星任務累積能量。中國預計2020年以長征五號火箭,在海南文昌航太發射場發射火星探測器,完成繞、著、巡三階段任務。對火星探測有興趣的讀者,一定不能錯過目前在華盛頓國家航空航天博物館一個很特別的展覽,而這個特展就是為遊客們揭開了包括「好奇號」(Curiosity)在內系列完整四個火星探測車的神秘面紗,值得華人僑胞前往一窺究竟。

「海盜1號」火星登陸

1975年美國第一代「海盜1號」(Viking 1)探測器飛向火星,並於1976年7月1日在火星登陸。第二代的「漫遊者」(Sojourner)則於1997年著陸火星。第三代的「精神號」和「機會號」則在2004年登陸火星。第四代的「好奇號」於2011年11月26日發射,在2012年8月6日降落火星。「好奇號」是美國太空總署(NASA)迄今最昂貴的火星探測項目,總投資額高達25億美元。「好奇號」火星探測車是一輛汽車大小的火星遙控設備。這輛探測車比2004年登陸的「精神號」和「機會號」大得多,攜帶更多先進科學儀器。

自20世紀60年代以來,美國與蘇聯發射40餘次火星探測器,僅八次實現火星著陸。1996年,美國太空總署成功發射了「漫遊者」探測車。這開啟了新的探索火星的時期,一系列的軌道器和著陸器被送往火星。探測的結果讓科學家了解到,火星其實蘊藏著活力。2004年登陸火星的「精神號」和「機會號」探測車已經發現,火星在過去曾經是溫暖和濕潤的,甚至可能存在過海洋。但是後來它的環境發生了巨大的轉變。自那時起,美國太空總署火星探測任務的科學目標就圍繞考察火星是否曾經支持生命存在而進行,「好奇號」火星探測車亦進一步推進美國太空總署的戰略。

「好奇號」火星探測器擴大美國太空總署對火星的探索領域,並有助於天文學家更好地了解火星是否存在水。該火星探測器收集的數據,或許還有助於科學家弄清火星上是否存在生命,以及火星過去和現在的可居性問題。該火星探測器還對火星的氣候及地質情況進行評估,為人類探索任務做準備。根據美國太空總署的太空戰略,美國將以火星為太空探索的新目的地。美國計畫到2030年代中期,將宇航員運送至火星。

什麼是「好奇號」

什麼是「好奇號」?「好奇號」的任務是什麼?「好奇號」是美國太空總署四代火星探測器中最大的一台,它不用太陽能發電,而仰賴核能供給能源,機器人的手臂可直接在火星上採集物質並進行檢測,並將結果回傳地球。「好奇號」的基本任務是在地質上分析火星的地形和礦物,以判斷火星的過去和現在是否有水的存在,以及水是否在地表形成的過程中扮演著角色;在氣候上分析火星大氣的歷史;當然還有最重要的,試圖研究火星上的氣候和地質條件,調查火星淺層地表是否具有有利於微生物生存的環境,以及在火星岩石中尋找過去曾經存在的生命信息。除了這幾個之外,「好奇號」還在飛向火星的路途上測量受到的總輻射強度,做為未來人類探測火星時的參考。

美國太空總署執行「好奇號」探測車登陸火星的任務,引起世界矚目,而在任務團隊中有一個華裔科學家的身影,他是來自台灣的嚴正。嚴正不只達成進入美國太空總署的夢想,他更扛起設計執行軟體的責任,並在登陸火星後,負責操控「好奇號」,堪稱是第四代火星探測車的大腦。嚴正是火星探測計畫中唯一參與操控探測車的華裔科學家,1997年進入太空總署工作,嚴正每天都得把握火星和地球取得聯繫短短的15分鐘,進行測試,好奇號成功登陸,功不可沒。而負責駕駛機器人的團隊有15人,他是這個團隊唯一的華裔人士。

6年級華童命名

至於「好奇號」這代表人類好奇探索的名字,其實是由一名六年級的華裔女生所命名的。美國太空總署2009年在網路上舉辦火星探測車命名徵文比賽,由兒童命名。最後由堪薩斯州12歲華裔女孩馬天琪命名的「好奇」,從9000多件參賽作品中脫穎而出。

馬天琪從小對外太空充滿好奇,她參加太空總署在網路上舉辦的火星探測車命名徵文比賽,取名好奇「Curiosity」結果脫穎而出,她親筆在火星車上簽名「馬天琪」,現在「好奇號」上首次出現中文姓名,在這場世界注目的超級太空任務,華人也沒有缺席。太空總署總部火星探測項目負責人戴爾指出,許多參賽短文都很優秀,他們綜合短文內容、火星實驗室負責人的推薦和公眾投票三方面考量,最後選擇「好奇」,因為它反映了人類的一些基本共同特性和科學的本質。載著地球人的好奇心登陸火星,名字取得真好!

「好奇號」是人類最具企圖心、最複雜的火星探測任務。它不是在尋覓小動物或昆蟲,而是在尋找火星上究竟有沒有構成生命的碳基化合物,與可能曾經適合生命存活的生物聚集處。「好奇號」不是為偵測火星有無生命。「好奇號」全長3公尺,高1.5公尺,重量900公斤,幾乎是「精神號」和「機會號」探測車的五倍重、三倍大,攜帶的儀器數量是後兩者的兩倍,儀器總重約74公斤,後兩者儀器僅重約五公斤。搜尋有機物質,是迄今送往外太空的最複雜儀器。「精神號」和「機會號」只能爬緩坡,「好奇號」會爬高山,好讓科學家透過峰上岩石研究火星歷史。以前的火星探測車會自動判斷地形,避免撞到岩石或墜落。「好奇號」更聰明,會自行思考接下來怎麼做,在地球上操控它的駕駛可以看到它的最後決定,卻未必知道它的思考過程。

火星探測 中國的挑戰

火星探測任務對中國是一個挑戰,因為現在能夠在火星上著陸巡視成功的有美國,著陸的有俄羅斯,中國要能夠一步到位,應該說是一個很大的跨越,它可以研究火星的土壤、環境、大氣,以及我們關注的像火星上的水,因為研究這些還是要研究人類自己,生命的起源是什麼,地球所處的環境是什麼,火星在很多方面跟我們還是比較相近,它有一定的大氣,和月球又不太一樣,這也是中國真正意義上邁入深空探測,儘管中國的飛行器已經進入了深空,但是在深空進行探測還需要火星探測任務的完成和實現。

火星探測照特展

今年是「好奇號」登陸火星滿五周年的日子,航空航天博物館特地展出了「好奇號」從火星拍攝的照片。截至去年底止,它已回傳超過7萬張照片回到地球,其中包括「好奇號」最近拍攝的自拍照,是透過其機械手臂末端的攝影機完成。史上最貴的「好奇號」火星探測車。無論是探測車的設計、搭載的儀器、進行的任務還是降落的方法,都是火星探測史上當之無愧,最有野心的一個計畫!

國家航空航天博物館這次特別展出許多精細的圖片、全新的地圖,以及史上頭一遭將「好奇號」的探索成果栩栩如生地呈現在世人眼前。博物館許多首度展出的震撼照片,經由最尖端的電腦分析技術處理、加強色彩,生動地展示出驚人的科學發現,引導遊客思索地球與火星的相似之處。精采的原創示意圖清晰地說明了火星歷史的新觀點,告訴我們火星如何演變成今日飽受侵蝕的荒涼景象、未來會如何變化,以及對地球上的生命提供了什麼樣的啟示。所以想親眼目睹NASA四個火星探測車英姿的讀者朋友,可千萬不要錯過這次精彩的特展。

筆者為退休資深航天科學家,目前在國家航空航天博物館擔任專業雙語志工講解員。預約免費中文導覽請至網站:http://ustour.weebly.com。國家航空航天博物館地址:Independence Ave at 6thSt, SW Washington, DC 20560,官方網站:http://airandspace.si.edu。

精神號第三代火星探測車。 精神號第三代火星探測車。
好奇號第四代火星探測車。 好奇號第四代火星探測車。
博物館第一代火星探測器(正後方)。 博物館第一代火星探測器(正後方)。
好奇號在火星上探測作業(NASA提供)。 好奇號在火星上探測作業(NASA提供)。
火星的冬季也會結冰,不過那些都是氣體的「乾冰」。(NASA) 火星的冬季也會結冰,不過那些都是氣體的「乾冰」。(NASA)
火星南極出現的景像,其實是陽光斜射下的岩石。(NASA) 火星南極出現的景像,其實是陽光斜射下的岩石。(NASA)
「好奇者號」傳回火星上的一個小山丘,高約16英尺。(NASA) 「好奇者號」傳回火星上的一個小山丘,高約16英尺。(NASA)
這些像龍麟的岩石,還留下水的痕跡。(NASA) 這些像龍麟的岩石,還留下水的痕跡。(NASA)
火星上岩石在光線襯托下,紋理顯得十分豐富。(NASA) 火星上岩石在光線襯托下,紋理顯得十分豐富。(NASA)
火星的小丘上有冰滑動的遺跡或者曾經存在冰河。(NASA) 火星的小丘上有冰滑動的遺跡或者曾經存在冰河。(NASA)
火星南極的沉積岩。(NASA) 火星南極的沉積岩。(NASA)
火星上的沙丘,似乎呈現風吹的跡象。(NASA) 火星上的沙丘,似乎呈現風吹的跡象。(NASA)

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