ExoMars 着陆器会做什么?

今日着陆的重要性
ExoMars Trace Gas Orbiter and Schiaparelli Separation
在此艺术家想象图中,着陆器和轨道器在飞往火星的途中分道扬镳。ESA
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欧洲航天局

今天在火星上,一个13岁的美国机器人将从其陨石坑抬起头来,拍摄一位新来的欧洲同伴的抵达。这是太阳系中的一个创举:另一颗行星表面的机器人从未在那里迎接过新的太空旅行者。名叫“斯基亚帕雷利”(Schiaparelli)的新来者将为确保有一天人类能够观看和挥手送别飞船的来来往往贡献一份力量。

欧洲空间局的“斯基亚帕雷利”着陆器今天将在梅利迪安平原(Meridiani Planum)着陆,该区域自2003年以来一直是“机遇号”(Opportunity)漫游车一直在那里行驶的区域。“机遇号”距离“斯基亚帕雷利”的着陆区域约10英里,它将尝试拍摄欧洲机器人坠落火星时的降落伞。(“好奇号”漫游车在世界的另一端。)

“斯基亚帕雷利”着陆器将在火星上进行又一次令人紧张的下降和着陆,而且风险很高:所有火星任务中有一半已经爆炸、飞过行星或坠毁。到目前为止,NASA是唯一一个成功在那里着陆并运行任何东西的航天机构。欧洲在2003年也曾尝试过,但其“猎犬2号”(Beagle 2)着陆器在抵达表面后从未建立联系。

“斯基亚帕雷利”是欧洲-俄罗斯“ExoMars”计划的一部分,该计划随着欧洲各国应对经济衰退和削减开支而不断重塑和重新构想。最终,意大利科学家和工程师与其他几个国家的研究人员合作,设计了一套小型仪器,能够带回新的科学发现。“斯基亚帕雷利”将探测火星上的闪电,并成为第一艘利用名为DREAMS的 the meteorology instrument suite 来研究该行星电场的航天器。

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欧洲航天局

为了遵循航天传统,团队找到了一个方法,将一个对他们有意义的词变成了一个首字母缩略词。它代表“火星表面尘埃特性、风险评估和环境分析仪”(Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface)。

DREAMS首席科学家弗朗西斯卡·埃斯波西托(Francesca Esposito)在一次采访中说:“参与这个项目的大多数人都曾参与过之前的ExoMars任务,这些任务经历了多次变动。我们已经花了几年时间研究那些因为各种原因从未飞过的仪器,所以这是我们的梦想,终于能够前往火星。”

“斯基亚帕雷利”的抵达正值火星沙尘暴的高峰期,这通常对火星机器人来说不是一个好时机。更糟糕的是——或者说更好,取决于你问谁——火星今年可能会出现罕见的全球性沙尘暴。但该着陆器被设计用来研究尘埃,特别是那些被认为有助于其进入大气层并引起尘卷风和巨大沙尘暴的电场。然而,欧洲空间局的科学家们预计着陆时天空是晴朗的。

埃斯波西托说:“过去几天,天空似乎更晴朗了,但我希望情况能有所改变,我们可以看到更多的尘埃。”

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NASA/JPL-Caltech

DREAMS正在研究火星天气,但其最重要的任务是首次分析火星上的电场。人们认为火星有一个连接其表面到电离层的全球电场。这个小行星的大气压力不到地球的百分之一,所以风不可能是扬起火星尘埃的唯一因素。在地球上,你需要大约10英里/小时的风才能扬起沙粒。在火星上,你需要60英里/小时的大风。因此,全球静电荷可能是引发尘埃并形成尘卷风和沙尘暴的机制之一

埃斯波西托说,理解这一点对人类任务很重要,原因有几个。沙尘暴会使漫游车失明,并覆盖人类的栖息地。电场可能会干扰无线电通信,甚至更糟糕的是,会发生放电——也就是说,闪电。

埃斯波西托说:“在沙尘暴、尘卷风和尘埃事件期间,我们可能会看到一些放电,但我们不知道。已知的是,一切都未知。”

DREAMS还配备了一些基本但重要的气象仪器,包括一个测量风速和风向的 the anemometer。

这艘着陆器以意大利天文学家乔瓦尼·斯基亚帕雷利(Giovanni Schiaparelli)的名字命名,他在1877年认为自己在火星上看到了线条网络——canali。周末,它与痕量气体轨道器(Trace Gas Orbiter)分离。痕量气体轨道器是一个新的火星观测器,将监测该行星的大气层,并为计划于2020年抵达的欧洲-俄罗斯漫游车提供重要的中继服务。TGO将寻找在浓度非常低但可能对生物或地质活动有重大影响的甲烷和其他大气气体。

ESA的真正目标是交付轨道器,但该机构附加了一个着陆演示器,它本身主要是为了证明欧洲版的sky crane能够工作。因此,“斯基亚帕雷利”的电池寿命有限,DREAMS的计划工作时间仅为两个火星日(sol),一个火星日是24小时39分钟。

埃斯波西托说:“我们希望能够做得更多,但这取决于火星上的条件。我们的电池受温度影响,在低于-17摄氏度的温度下无法工作。当温度下降时,我们需要打开加热器,加热器会消耗电池的能量,因此用于科学研究的能量就会减少。因此,在最坏的情况下,考虑到寒冷温度,我们可以生存两个火星日。”

埃斯波西托说,现在是南半球的春天,但火星上的夜晚仍然寒冷得无法形容,所以团队预计DREAMS最多只能持续八个火星日。

然而,对ESA来说,即使一天也是一项重大成就。目前,美国成功着陆火星的次数是7次,欧洲是0次。俄罗斯在1971年着陆了“火星3号”(Mars 3)探测器,但它在20秒后就失效了。“猎犬2号”于2003年圣诞节着陆,但从未与地球联系,而NASA的一颗轨道器去年才发现它。安全送达“斯基亚帕雷利”是主要目标;测试火星上的风只是一个附加的优势。

埃斯波西托说:“我们的想法是掌握将有效载荷着陆火星的技术,所以它并非设计来长期在那里进行测量。它不是一个科学工具。但考虑到那里还有一点空间,ESA发出了一个请求,希望能搭载一个小实验。于是我们申请了,现在我们有了DREAMS。即使它的寿命很短,我们所能进行的测量也非常有意义。”

测量火星上的闪电、大气现象和尘卷风,为人类殖民者铺平道路?这似乎是一个真正有意义的目标。

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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