作者:唐一尘 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/4/30 16:39:21
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听地动 探火星
美将于2018年勘测火星深层内部

 

在今年11月着陆后,“洞察力号”将在火星表面部署两个探测器。

图片来源:LOCKHEED MARTIN

美国宇航局(NASA)已经发射了轨道飞行器和探测器研究火星的大气层及地表。现在,该机构下一个火星任务将着眼揭晓其中的谜团。这项斥资8.14亿美元的的“洞察力号”着陆器是将于下个月发射,它携带了三种能探测火星地壳的仪器,其中包括能探测到“火星震”的地震检波器。

“洞察力号”首席研究员、加州帕萨迪纳喷气推进实验室(JPL)地球物理学家Bruce Banerdt和同事,希望通过测量火星地壳、地幔和地核的厚度和构成,为弄清火星磁场的消失方式提供线索,以及它是否曾经有过板块构造。

该任务由于技术问题搁浅了两年时间,现计划2018年发射升空。“与两年前相比,我们现在的技术要好得多。”负责该项目地震学设备的法国巴黎第七大学行星地震学家Philippe Lognonné说。

“洞察力号”标志着NASA在40年后重返行星地震学。阿波罗号宇航员部署了5个地震检波器,探测到月震——震动帮助确定了月球的核心。火星上的两个“海盗号”着陆器都携带着地震检波器,但其中一个失败了,另一个没有发出任何可靠的信号。

从那以后,在火星部署多个震动监测站的计划均以失败告终。但地球物理学家一直未放弃推动相关工作。“我总是在各种会议上呼吁人们重视该领域。有时我认为他们选择了我的项目只是为了让我闭嘴。”Banerdt说。

由JPL、洛克希德马丁公司和欧洲合作伙伴共同开发的“洞察力号”是在与2008年的“凤凰号”着陆器相同的平台上建造的。与其“前辈”一样,“洞察力号”将使用降落伞和反向火箭降落在火星表面。目标着陆点是火星赤道附近的光滑的熔岩平原——也许是“地质学角度上,火星最无聊的地方”, Banerdt说。

由于,“洞察力号”将可能在火星的任何位置开始工作,因此研究人员选择了一个风险和障碍最小的着陆地点,而且,降落在赤道附近,将由充足的阳光洒在着陆器的太阳能电池板上。在11月下旬“洞察力号”着陆后,它的机械手臂将部署一个排球大小的地震检波器和一个热探测器,并钻探火星表面以下大约5 米,勘测来自火星内部的能量。

这个热探测器将测量从火星上逃离热量的数量和速度——这暗藏其历史的线索。通过分析到达地球的火星陨石碎片,研究人员对火星地幔成分有了一定了解。结合“洞察力号”能探测到的热量梯度和内部规模,科学家能估算火星内热有多少来自内部放射性元素。而剩下的则是火星形成时原始能量残留。

根据这两个热源的衰减速度,研究人员可以估算出火星火山最活跃时期的时间。俄亥俄州凯斯西储大学行星科学家Steven Hauck说:“行星的进化完全是由热量向太空转移的方式驱动的。”

从地球发射到接收器的无线电广播中微小多普勒频移,将揭示火星内部的其他细节。这些信号将追踪火星在自转时的摆动,这反映了其地核和地幔的内部拉扯。比利时皇家天文台地球物理学家vronique Dehant说,就像生鸡蛋与煮熟的鸡蛋不同,火星的摆动应该暗示着其地核的大小、密度,以及是否部分为熔融。

这些信息反过来又能解释地核的成分,以及它是否在冷却的过程中结晶。日本东京理工大学地球生命科学研究所地球物理学家George Helffrich表示,最终,这些研究结果将改善这个星球失去其核心曾经产生的磁场的模型。“火星的核心可以代表地球未来的样子。”他说。

第三组线索将来自于火星震。因为火星上没有地球上的构造板块,它的震动频率可能比地震低100倍。在两年任务期内,“我们可能会看到5到10次震动。”Banerdt说,“或者可以看到1000次。”

了解火星的内部是行星科学家几十年来一直在为之努力的长期目标。NASA于2015年12月取消了“洞察力号”着陆火星探测器发射。原因是由法国国家太空研究中心(CNES)负责研制的地震检波器灵敏度极高,能够检测小至原子尺度的地面运动。为避免受火星恶劣环境的影响,该仪器的3个主传感器必须真空密封,但测试发现其密封不严。因此,JPL将负责为这台地震检波器制造一个新的真空外壳,然后交由CNES进行整合与测试。(唐一尘编译)

 
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