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为什么美国国家航空航天局的2020年火星探测器有一个强大的超级凸轮激光足以

为什么美国国家航空航天局的2020年火星探测器有一个强大的超级凸轮激光足以

超级摄像机是一种岩石蒸发仪器,可以帮助科学家寻找火星化石。

美国国家航空航天局将向火星发射一种新型激光携带机器人。但与科幻小说中的激光不同的是,这种激光被用于研究20英尺(7米)外的矿物学和化学。它也可能帮助科学家在这颗红色星球上发现微生物化石生命的迹象。

今年夏天发射的“火星2020”号火星车上有7个仪器,其中一个就是SuperCam。SuperCam是由数百人组成的团队制造的,通常需要几个相当大的设备才能装到一个麦片盒大小的东西里。它从飞行器的桅杆,或者说是头部发射出一束脉冲激光。从远处蒸发一小部分岩石,提供对任务成功至关重要的信息。

下面让我们来仔细看看是什么让这种乐器如此特别:

远达

使用激光束将帮助研究人员识别探测器机械臂无法到达的矿物,或探测器无法到达的过于陡峭的地区。它还将使他们能够在决定是否引导漫游者到那里进行进一步分析之前分析一个目标。特别令人感兴趣的:在液态水存在时形成的矿物,如粘土、碳酸盐和硫酸盐。据我们所知,液态水是生命存在的必要条件,包括微生物,它们可能在数十亿年前的火星上存活下来。

科学家们还可以利用来自超级摄像机的信息来帮助决定是否为roverr的样本缓存系统捕获岩芯。“火星2020”将在金属管中收集这些核心样本,最终将它们存放在预定的位置,以便未来的任务检索并带回地球。

激光焦点

超级摄像机本质上是“好奇号”化学摄像机的新一代产品。和它的前辈一样,超级摄像机可以用红外线激光束把它所拍摄的物体加热到大约18000华氏度(10000摄氏度)。一种叫做激光诱导击穿光谱学的方法,简称LIBS —和蒸发。一种特殊的照相机可以从产生的等离子体中确定这些岩石的化学组成。

如图所示,2020号火星超级摄像机的桅杆单元将使用激光蒸发并研究火星表面的岩石物质。信贷:LANL

就像ChemCam一样,SuperCam将使用人工智能来寻找在驾驶期间和驾驶之后,当人类不在控制范围内时,值得打击的岩石目标。此外,这个升级的人工智能让超级摄像头非常精确地瞄准小岩石的特征。

超级计算机的另一个新特点是可以测定表面材料分子组成的绿色激光。绿色的光束激发样品中的化学键,并根据结合在一起的元素产生信号。一种叫做拉曼光谱的技术。SuperCam还使用绿色激光使一些矿物和碳基化学物质发光,或发出荧光。

矿物和有机化学物质会以不同的速度发出荧光,所以supercamo的光传感器有一个快门,一次可以快速关闭100纳秒。速度如此之快以至于只有很少的光子会进入它。改变快门速度(一种称为时间分辨发光光谱学的技术)将使科学家们能够更好地确定存在的化合物。

此外,SuperCam可以利用太阳反射的可见光和红外线(VISIR)光来研究岩石和沉积物的矿物含量。这种VISIR技术补充了拉曼光谱;每种技术对不同类型的矿物都很敏感。

激光与麦克风检查

麦克风的作用很实际,它能告诉我们远处的岩石目标是什么。但我们也可以用它来直接记录火星地貌的声音,或飞行器桅杆旋转的声音。法国图卢兹天体物理与行星科学研究所的西尔维斯特·莫里斯说。

为什么美国国家航空航天局的2020年火星探测器有一个强大的超级凸轮激光足以

莫里斯说,2020年的火星探测器标志着这种特殊的麦克风设计将第三次进入这颗红色星球。上世纪90年代末,同样的设计登上了在火星表面坠毁的火星极地登陆器(Mars Polar Lander)。2008年,凤凰号航天飞机遇到了电子故障,导致麦克风无法使用。

以火星2020为例,超级摄像机并不是漫游者上唯一的麦克风:一个入口、下降和着陆的麦克风将捕捉到汽车大小的漫游者到达表面时的所有声音。它将为roverr的摄像机录制的全彩视频添加音频,捕捉到从未有过的火星着陆画面。

团队合作

超级摄像机由新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室领导,该仪器的主体部分就是在那里开发的。仪器的这一部分包括几个光谱仪、控制电子设备和软件。

桅杆单元由法国研究中心的几个实验室和法国大学在法国航天局的合同授权下开发和建造。漫游者甲板上的校准目标由西班牙瓦拉多利德大学提供。

喷气推进实验室正在为位于华盛顿总部的美国宇航局科学任务理事会建造并管理火星2020探测器的运行。

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