劉聲遠

2019年2月13日，在機遇號火星車（簡稱機遇號）于火星大規(guī)模沙塵暴中沉寂差不多8個月之后，也是在它登陸和探索火星15周年之后僅幾周時間，美國宇航局宣布向它做最后告別。

火星沙塵暴終結了它

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

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

超期服役它疲憊不堪

機器人火星車機遇號的運轉(zhuǎn)期遠遠超過科學家預期。機遇號的設計任務期只有90個火星日，計劃穿越劇離為1000米。但它實際上運轉(zhuǎn)了14年半（5352個火星日），穿行距離接近48千米（超過任何機器人或人在外星上行進的距離），其探索結果堪稱重塑了科學家對火星的了解。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沙塵暴。這對機遇號來說是致命一擊，因為機遇號完全依賴太陽能為車載儀器供電。機遇號最后一次向地球發(fā)回信號是在2018年6月10日。在很多次嘗試聯(lián)絡和復蘇它均告失敗后，美國宇航局于2018年8月設定最后期限——如果45天內(nèi)還未收到機遇號的回應，就宣布它死亡。到了2018年10月，這一期限延后到2019年1月以重新評估相關情況。美國宇航局之所以對機遇號如此不舍，一是因為它貢獻卓著，二是因為它耗資不菲——高達4億美元。

對于疲憊不堪的機遇號來說，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，勇氣號及其孿生兄弟機遇號先后升空。2004年1月24日，機遇號在火星子午線平原登陸。在此之前20天，勇氣號在火星另一側(cè)的古謝夫環(huán)形山登陸。這一雙火星車任務為火星探索設定了新標準。在這兩部火星車登陸之前，科學家想象不到它們的表現(xiàn)會怎樣?？茖W團隊合力為機遇號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)形山底部行進路線。

舍得它因為它貢獻大

科學家說，告別機遇號比告別勇氣號更難。機遇號和勇氣號發(fā)現(xiàn)，遠古火星與今天的火星截然不同。今天的火星寒冷、干燥、荒涼，而遠古火星在地面或地下都存在液態(tài)水。機遇號的設計目的是尋找火星過去水情況的線索。在超期服役過程中，它的成績斐然。它在登陸地點遇到的珍珠狀巖石，表明遠古火星存在液態(tài)水。在此之前，美國宇航局發(fā)射的海盜1號和2號軌道器等在火星表面拍到了像是古代河道的地貌。機遇號則確鑿無疑地證明火星在遠古時期存在大量液態(tài)水。機遇號對火星表面黏土礦物質(zhì)的檢測表明，35億年～40億年前（地球生命起源時期）的火星水中至少一部分的pH值接近中性，也就是說當時的火星支持生命存在。勇氣號在這方面貢獻也很大。例如，它發(fā)現(xiàn)古謝夫環(huán)形山存在遠古地熱系統(tǒng)。這就證明至少遠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。后來的任務證實并深化了這些發(fā)現(xiàn)。例如，美國宇航局的好奇號火星車發(fā)現(xiàn)直徑154千米的蓋爾環(huán)形山40億年前曾有過一個長期存在、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己宣告終結，但美國宇航局探索火星的計劃遠未結束。2018年11月登陸火星的洞察號火星車，已經(jīng)對火星內(nèi)部情況進行了一系列探測。2020年，美國宇航局和歐洲空間局將發(fā)射首批旨在探測火星微生物的火星車。

為什么好奇號不去救機遇號？

為什么美國宇航局不發(fā)射拯救飛行器去救助機遇號？畢竟，機遇號并非是第一部火星車，也不會是最后一部。最明顯的機遇號拯救者是好奇號火星車。好奇號是比機遇號年輕、由核動力驅(qū)動的火星車。為什么不讓好奇號抽出時間去看看機遇號發(fā)生了什么情況，以及是否可以修復？

第一個不幸的因素是距離。根據(jù)美國宇航局火星地圖，機遇號和好奇號彼此間隔大約8400千米。好奇號的行進速度比機遇號快一點，但即便如此，要讓好奇號去看望機遇號的話路途也太過漫長，根本不可能完成?；鹦擒囋诨鹦巧闲羞M，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都要花幾天時間。

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

最后一個問題是時間。就算好奇號能搭乘某種快車前往機遇號所在位置，火星冬季也正在降臨，機遇號可能會迅速受損到自己根本無法保溫，因而根本等不到修復的地步。

所以，我們只好告別機遇號。但誰能保證有朝一日人類登上火星，就不能設法讓機遇號復生呢？機遇號在火星上最終會怎樣？

機遇號在火星上最終會怎樣？

地球是受到保護的生物圈。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)讓美國大富翁馬斯克2018年發(fā)射到太空的特斯拉流浪者號飛行器粉身碎骨。不過，這個“流浪者”本身有大量有肌纖維和塑料?；鹦擒囉筛鼒皂g材料制成，但機遇號上的確有一些塑料部件（例如保溫材料）最終可能會在強烈陽光照射下分解。盡管如此，科學家預計機遇號依然會在較長時間里基本保持原樣，如果未來宇航員在幾十年或百年后登陸火星，他們可能會看到布滿塵埃的機遇號。

機遇號的運作前提是火星風會把它身上的塵埃吹落。但時間太長的話，塵埃和風究竟誰會勝出就不清楚了。或者，沙塵終會將機遇號掩埋。如果是幾百萬年后呢？在地球上，在地表任何一個地方一動不動的東西最終都容易被掩埋到地下，這是因為水和板塊運動的效應。但這些效應在火星上并不存在。如果時間足夠漫長，火星會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。

如果機遇號永留火星，幾億年后當外星人登陸火星時，他們會在巖石中發(fā)現(xiàn)機遇號的“化石”。美國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。機遇號團隊首領己明確表示不打算把機遇號送回地球，但當人類定居火星后，他們有可能去尋找并保存機遇號?；蛟S機遇號最終會進入博物館，或者它探索過的地區(qū)最終將成為一個紀念公園。當然，人類有可能在較長時間里無法登陸火星，機遇號可能也變不成化石。還有一種可能是，再過幾百萬年，一顆隕星將把機遇號砸碎。

機遇號主要戰(zhàn)績

2005年3月20日，機遇號在一天里行進220米，創(chuàng)下單日行進最長距離紀錄。

機遇號總共拍攝了超過21.7萬張圖像，其中包括15張360°彩色全景照。

機遇號打磨了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個目標供檢測。

機遇號在自己登陸地點發(fā)現(xiàn)了在水中形成的一種礦物——赤鐵礦。

機遇號在奮進環(huán)形山發(fā)現(xiàn)的跡象強烈暗示了遠古火星水運動，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)

誕生于火山勇氣號在自己的登陸地點古謝夫環(huán)形山發(fā)現(xiàn)的玄武巖，強烈暗示該地區(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。

外星隕石2005年，機遇號在探索火星時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。機遇號后來又在火星上發(fā)現(xiàn)一系列隕石。

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

測量火星溫度來自兩部火星車的數(shù)據(jù)，讓科學家得以首次創(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。這后一個發(fā)現(xiàn)可能有助于設計未來的火星飛行器。

“藍莓”和“新莓”登陸火星才幾周后，機遇號就發(fā)現(xiàn)了富鐵小球，科學家戲稱其為“藍莓”。隨后，機遇號在火星上多個地方發(fā)現(xiàn)了更多“藍莓”?？茖W家認為它們是含水礦物進入沉積巖的產(chǎn)物。2012年，機遇號發(fā)現(xiàn)了火星上結構和組成都不同的另一類小球，科學家稱之為“新莓”，其起源仍然是謎。

遠古潮濕火星兩部火星車都發(fā)現(xiàn)了遠古火星存在大量水的豐富證據(jù)。2011年，機遇號發(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環(huán)形山邊緣沉積下來的。

可居環(huán)境2012年，科學家宣布機遇號正在探索奮進環(huán)形山邊緣的一個特殊區(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中性的水中。這樣的環(huán)境被認為適合生命生存。

古地熱系統(tǒng)2007年，勇氣號的右前輪在勇氣號于古謝夫環(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生成。所以，科學家認為勇氣號偶然撞見了遠古火星（就像美國黃石國家公園里那樣的）地熱噴口。這一發(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鍵成分：液態(tài)水和一個能量來源。

機遇號和勇氣號的設計與規(guī)格

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

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

機遇號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。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)。

機遇號車載儀器組

全景相機

檢測局部地面紋理、色彩、礦物組成和結構。

導航相機

視野更廣的單色相機，像素較低，用于導航和驅(qū)動。

微型熱輻射光譜儀

辨認有較高探索價值的巖石和表皮土作進一步檢驗，并且確定它們的形成過程。

哈茲相機

兩部視野120°的黑白相機，提供有關火星車周圍情況的更多信息。

火星車機器人臂載儀器組

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。

機遇號供電系統(tǒng)

機遇號采用太陽能電池組和一只可充電化學電池供電。這類火星車都有兩只可重復充電鋰電池。任務期開始時，太陽能電池板在每個火星日為電池和車載系統(tǒng)提供大約0.9千瓦時的電能，但這個數(shù)字因為一系列因素而變動較大。在鷹環(huán)形山開始時電池供電0.84千瓦時，而到了第319個火星日則降至0.73千瓦時。

火星有季節(jié)變化，冬季光照減少。但火星年比地球年長一些，火星季節(jié)更替大約每兩個地球年才完成一次。到2016年，機遇號已經(jīng)歷7個火星冬季，冬季期間電力下降意味著機遇號不能開展耗電厲害的探測活動。它的第一次火星冬季電量在兩個月中降到0.3千瓦時以下，但隨后的冬季情況則沒這么糟糕。

降低發(fā)電量的另一個因素是火星沙塵，‘尤其是沙塵暴。火星距離太陽最近時，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時間只有幾分鐘。

回顧好奇號登陸

2012年8月5日，轎車大小的好奇號火星車抓拍到自己登陸火星的場景。當時，好奇號上的火星降落成像相機拍攝到了六輪火星車好奇號在“驚心動魄6分鐘”里的幾百張照片，并將其中297張合并成一段時長1分鐘的視頻，首次顯示出火星車登陸火星的驚心動魄場景，其中亮點包括好奇號與防熱罩（直徑4.5米）分離和天空起重機（由好奇號搭載的火箭驅(qū)動，它采用電纜讓好奇號下降到火星地表）揚起的火星塵埃云。

其中首批照片是好奇號在著陸后大約兩分半鐘時拍攝的。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?；鹦墙德涑上裣鄼C位于好奇號底部且鏡頭朝下，它是好奇號搭載的17部相機之一。它的主要任務是拍攝好奇號在登陸地點——直徑154千米的蓋爾環(huán)形山登陸情況，讓好奇號的地面控制團隊看到這座環(huán)形山（好奇號的探索目標）的鳥瞰情景。

好奇號是美國宇航局25億美元“火星實驗室”任務的核心，該任務嘗試查明火星能否或曾經(jīng)是否支持微生物生命。好奇號已經(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。好奇號搭載的10部科學儀器能全天候工作。

（責任編輯程輝）