揭秘“鳳凰”號探測器如何尋找火星上的冰

“鳳凰”號的７件“武器”

　　1.機械挖掘臂。2.機械臂照相機。3.熱量和釋出氣體分析儀。4.顯微鏡以及電化學和傳導性分析儀。5.立體照相機。6.氣象儀。7.火星降落成像儀。

鳳凰號的鏟子

　　據國外媒體報道，美國鳳凰號探測器于美國東部時間5月25日19時53分(北京時間5月26日7時53分)，成功登陸火星北極，尋找可能存在的水。 那么鳳凰號將如何尋找水冰呢？

　　已經成功著陸的鳳凰號攜帶著一個像鋤耕機的機械臂、一個微型化雪儀器和一個激光制導氣象站等“行李”。加利福尼亞州帕薩迪納美國宇航局噴氣推進實驗室的“鳳凰”號有效載荷負責人邁克爾·格羅斯說：“大部分設備是從其他任務遺留下來的。”那些為以前的任務研發的科技設備，如“火星勘測登陸器”(Mars Surveyor lander)和“火星極地登陸者”號探測器(Mars Polar Lander)，被用來裝備價值4.2億美元的“鳳凰”號。該任務通過挖掘火星地下土壤樣本，揭開這顆行星上是否有水的秘密，以確定該區域曾經是否有原始生命存在。

　　挖掘紅色行星

　　然而，格羅斯和其他工程師必須提醒說，“鳳凰”號將要實施的新科學任務有新要求。他說：“我們將依靠2001年遺留下來的裝備(‘火星勘測登陸器’)，我們還得重新安排所有事情。現在的水平令人滿意，但是遺留下來的東西也存在缺陷，你必須確保自己不會陷進去。”

　　最初的機械臂缺少挖掘冰凍的火星凍土帶的能力，因此工程師加固了它的結合部，并將機械臂的鋁質材料換成鋼。他們還用“冰土獲取裝置(Icy Soil Acquisition Device)取代了原來的鏟子。這種冰土獲取裝置在挖掘松軟的風化層土壤下像冰一樣堅硬的土層方面具有幾個小訣竅。”

　　首先，這個長近8英尺(2.3米)的機械臂通過一種鋤耕機動作，將松軟區域的表層清除干凈，讓冰層裸露在外。然后用鏟子前端的刀片切下一小片冰，不過真正挖掘冰樣本時鏟子后面需要有一個小鉆。這個彈簧加壓鉆利用彈簧的壓力，在地面上彈跳、旋轉、摩擦冰土層。腕關節運動促使松動的冰樣本進入小室，以便以后進行實驗。

　　圖森市亞利桑那大學的“鳳凰”號主要調查員彼得·史密斯說：“大約在1分鐘內，它將采集的少量物質放入鏟子或小室內。這種鉆能進行2或3次挖掘工作。”格羅斯表示，機械臂底部還有平土鏟，它能將沒用的物質清除掉，以便繼續切割冰層。這個機械臂能向下挖掘20英寸(0.5米)，是有史以來在火星上挖掘的最大深度。

　　火星實驗

　　一旦“鳳凰”號獲得所需樣本，它將為火星上有史以來的第一個濕化學實驗室作準備。顯微、電子化學暨傳導分析儀(MECA)讓科學家能利用大小像茶杯的一次性燒杯對松軟風化層土壤的酸性、礦物質和傳導性進行分析，他們把土壤放進燒杯內，用水溶解，浸泡并攪動后進行研究。

　　顯微、電子化學暨傳導分析儀還將利用能檢測直徑是一張紙的厚度的十億分之一(或比一張紙薄1萬倍,是火星上研究的最小尺寸) 的土粒的原子力顯微鏡。松軟風化層內的粘土或其他物質跡象說明過去火星上存在水。另一個顯微、電子化學暨傳導分析儀能發現風化層土壤中殘留的水分，確定土壤中的溫度變化。熱量和電導率探測器類似于一個錐形“鉤爪”，確保機械臂能準確地在指定區域進行挖掘。

　　格羅斯說：“科學家可以通過顯微、電子化學暨傳導分析儀獲得的表層物質查找火星干燥環境下殘留下來的水分。熱量和逸出氣分析儀(TEGA)將負責尋找土壤中殘留的水分。”機械臂將把土壤和冰裝進8個熱量和逸出氣分析儀烤箱內，每個烤箱與一個原子筆墨盒一樣大。這種一次性烤箱慢慢將樣本加熱到1000攝氏度(1800華氏度)，以便科學家研究和分析固體、液體和氣體出現的任何變化。熱量和逸出氣分析儀還包含一個能發現加熱氣體的化學特征的新分光計。因為只有6個月時間，而且烤箱和燒杯數量有限，“鳳凰”號研究員計劃在選擇用來試驗的火星土壤和冰時要格外小心。史密斯說：“這被稱作協商。我們將找一間房子進行商議。如果結果符合我們的要求，我們將做出最終決定。”

　　“鳳凰”號的大部分新技術是為氣象站(MET)準備的，該站將向火星大氣發射強大的激光脈沖，脈沖遇到塵埃和冰粒子將被反彈回來。反彈回來的脈沖將提供有關大氣粒子的信息。格羅斯表示，老技術和新設備結合，需要大量“系統工程學，才能確保一切順利進行。”但是來自美國、加拿大和德國的一些令人引以為榮的國際遺留下來的設備將在“鳳凰” 號降落之后，幫助它發現土壤樣本。格羅斯說：“‘鳳凰’號降落并不意味著結束。”