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火星麦克风听大气流动沙尘暴及激光击中岩石声音

OFweek激光网讯:NASA的喷气推进实验室目前正在研发好奇号火星探测器的下一代:火星2020探测车。该机器人探测器预计将于10年内发射,届时还将携带一台非常特殊的装备:首台火星麦克风。

图为艺术家所绘的2020火星探测车草图。

在过去的五十年中,我们一直在使用空间探测器,对火星这位邻居展开探索。我们已经了解到,火星曾经与地球有很多相似之处;火星上的环境如今荒凉严峻,之前却可能比现在舒适得多;如今寸草不生,曾经却可能也有生命存在。如今,我们掌握了火星上有过液态水的证据,也开始了解火星大气层消失的原因。但即使有了可靠的机器人伙伴的帮助,我们仍有一点不甚了解:火星听上去究竟是什么样的?

但以后可就说不定了。

已故的天文学家、学术组织“行星协会”(The Planetary Society)的共同创始人卡尔?萨根(Carl Sagan)是第一位提出在火星上安装麦克风的人。1996年,他给NASA写了一封信,建议该机构在将要发射的“火星极地降落者”上增加一台麦克风。“即使只能记录几分钟时间的声音,”他说道,“也能大大唤起公众的兴趣,并增加做出更多发现的机会。”

行星协会的目标是,通过一系列鼓动和教育项目,激励公众参与到空间探索中去。萨根希望,通过在探测器上安装麦克风,让火星的声音吸引公众对空间探索的兴趣。NASA通过了萨根的提议,第一台火星麦克风就此诞生。

这台麦克风经过了设计、制造、并由加州大学伯克利分校进行测试之后,于1999年和“火星极地降落者”共同发射升空。不幸的是,在向火星表面的降落过程中,该探测器与地球失去了联系,就此杳无音讯。

不过,由于公众对此极为感兴趣,没过多久,火星麦克风就开始了新的研发之旅。法国国家太空研究中心(CNES)原本想在2007年的太空穿梭任务(2007 Netlander mission)中发射一台麦克风。按照计划,该项目将向火星表面发射四台小型探测器,用来研究火星大气和内部结构。CNES计划对火星麦克风进行重新设计,好放进探测器的摄像头中。然而,由于资金短缺,该项目于2004年被取消了。

但行星协会并没有因此放弃。他们研发了第二台火星麦克风,安装在NASA的凤凰号火星探测器上。但麦克风没能顺利启动,该计划再次以失败告终。

由于行星协会在制造外星球专用的麦克风上有着丰富经验,他们协助欧洲航天局,将卡西尼惠更斯号探测器(卡西尼号任务的一部分,是降落在土星最大的卫星——土卫六上的首枚探测器)上的声音传感器收集的数据转化为人耳能够听见的声音。在这段音频中,我们能够听到探测器降落时的风声。科学家可以利用这段音频,分析回声的强度,从而对土卫六表面进行更多的了解。

在即将举办的47届月球与行星科学大会上,NASA的火星2020探测器超级摄像机团队的成员将利用这一契机,解释为什么要在该探测器上安装麦克风的原因。

该研究的主要作者,西尔维斯特?莫里斯(Sylvestre Maurice)在向该大会提交的摘要中指出,加装麦克风不仅对科学研究有利,从工程角度来看也有很大益处。如果在火星上安置了麦克风,就相当于多了一个感官,能让我们获得更加完整的数据。利用这些录音,科学家能够更精确地测量火星上的风速,甚至能识别出沙尘暴。

加装麦克风还能为科学家和工程师提供另一条监测探测器系统的途径。麦克风能够让我们听出电力传动装置发出的嗡嗡声,听见轮子滚过火星表面时发出的倾轧声,还有其它各种各样的声音,让工程师能够及时注意到各种可能发生的问题。

但麦克风的好处还不止于此。莫里斯和他的团队不仅想在火星探测器上安装麦克风,还想在超级相机遥感仪器(SuperCam remote-sensing instrument)上也安装一台。超级相机可以说是好奇号火星探测器上的化学分析相机(ChemCam)的升级版。据NASA称,它利用“遥感光学测量和激光光谱法,精细地确定火星上样本的矿物、化学、原子和分子构成情况。”

超级相机的中心装有一台激光诱导击穿光谱仪(LIBS),通过将岩石化为蒸汽,分析岩石的成分。科学家认为,如果在这台仪器上安装麦克风,他们就能测量激光击中岩石时产生声音的音量,以此确定气化的岩石质量有多大。这将为科学家提供更多关于岩石成分的信息。

也许麦克风最令人激动之处便在于其意想不到之处。谁知道麦克风会记录下什么样的声音呢?我们能不能从中探测到生命的声音呢?“我们已经见过了其它星球的模样,甚至通过机器人传感器触碰了它们。”行星协会的路易斯?弗里德曼(Louis Friedman)说道,“但火星麦克风将为人类提供新的契机,让我们得以听一听外星世界表面的声音。”