美國科學雜誌太空板塊文章
美國宇航局的InSight號探測器成功地落在火星上
在經歷了軌道的高壓下降之後，宇宙飛船現在將開始尋求消除紅色星球內部的深奧奧祕
- 作者：Ian O'Neill
藝術家在美國宇航局的火星表面成功觸地之前的瞬間演繹了美國宇航局的InSight著陸器。圖片來源：JP
一個新的太空機器人現在稱火星為“家”。
加利福尼亞州帕薩迪納 - 美國宇航局的InSight著陸器於週一以戲劇性的方式完成了為期7個月的行星傳播，行程近5億公里，以每小時近20,000公里的速度撞向火星大氣層。幾分鐘後只有六個半耙，在彈出擋風玻璃後，部署了一個超音速降落傘並射擊後座，在穿越火星上部大氣層與行星乾旱表面之間的130公里之後，它的速度急劇減慢到慢跑速度。
根據位於加利福尼亞州帕薩迪納的美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）的任務控制人員的說法，InSight的進入，下降和著陸（EDL）階段順利完成，耗資8.5億美元的著陸器在東部時間下午2:50之後不久降落。該任務的雙胞胎接力賽CubeSat同伴，Mars Cube One（MarCO），在其行星際巡航階段與InSight一起飛行，也成功地完成了他們的任務，在近乎實時的時間內將InSight的EDL中的信號傳輸回地球。著陸後幾分鐘，InSight傳輸了第一張彩色圖像來自火星，通過MarCO接力賽，通過其相機保護罩上積聚的灰塵表現出一幅淒涼的景觀。現在塵埃已經塵埃落定，美國宇航局可以專注於著陸器作為科學金礦的未來，這將為火星提供前所未有的內部檢查，以便更好地瞭解迄今為止隱藏的世界起源和歷史細節。
著陸器安全降落在紅色星球赤道附近的極樂世界（Elysium Planitia）塵土飛揚的著陸點上，科學家將其稱為“香草” - 不是因為它本身很無聊，而是因為它平坦且沒有可能損壞的岩石障礙物著陸器。此外，InSight對錶面上的表面不太關心; 它的興趣遠遠更深。
InSight，代表“使用地震勘探，大地測量和熱傳輸的內部勘探”，是一個固定的科學平臺，配有一套儀器，可以協同工作，為地球提供“超聲波”。與其更具移動性的兄弟不同，例如美國國家航空航天局的好奇號和機遇號探測器，它將在原地進行所有調查。它的超靈敏地震儀（內部結構的地震實驗，或SEIS，實驗）將檢測在火星上波動的地震波，並通過測量它們在地下的傳播，將首次彙集火星內部的詳細圖片。使用機器人手臂，InSight將從著陸器的頂層甲板上取下SEIS，將其小心地放在塵土飛揚的表面上。另一種儀器（熱流和物理性質包，或HP3，實驗）也將被放置在地面上，部署一個熱探針，它將自己鑽到地表幾米處，以測量穿過地球的熱量。InSight還有一個實驗（旋轉和內部結構實驗，或RISE），它將精確測量行星的“擺動”，以揭示火星核心的大小和密度。
到目前為止，所有的火星任務都集中在地球的表面和大氣層上。雖然InSight還將擁有一個機載氣象站和一套攝像機，但任務的重點是消除火星內部的深奧奧祕。
“InSight的主要目標是瞭解火星的基本構成，包括核心的大小，地幔的大小以及地殼的大小，”JPL的InSight項目經理Tom Hoffman說。“我們主要通過檢測'marsquakes'的地震計來做到這一點。”
地震是我們構造活躍的地球的一個熟悉的特徵。大陸板塊漂浮在一個熱的粘性地幔頂部，相互摩擦和推動，產生地震和火山。然而，火星是非常不同的。它目前沒有構造活躍，其火山已經蟄伏了數億年。霍夫曼說，與地震不同，地震是世界變冷和縮小的結果，並且希望很高，因為InSight將會發現許多地震。InSight將使用地震波產生的地震波產生火星內部的三維圖像 - 但它們也可用於研究隕石撞擊地表的情況。
霍夫曼補充說：“根據隕石撞擊的大小以及它們與著陸器的距離，它決定了我們能夠檢測到它們的程度。” “我們還擁有軌道資產[如美國宇航局的火星偵察軌道器]，然後可以準確地向我們展示這種影響的位置，因為我們不斷繪製地表。”
有趣的是，在選擇Elysium Planitia作為InSight的著陸區時，隕石撞擊也起到了重要作用，同樣在JPL的InSight副首席調查員Suzanne Smrekar說。一旦部署在地面上，HP3自穿透熱流探測器 - 恰當地稱為“鼴鼠” - 將在地面上砸數萬次，最終鑽到地表以下5米處。但它只有在沒有堅硬基岩的情況下才能這樣做。但是，科學家們怎麼知道在Elysium Planitia的汙垢下面是否隱藏著任務破碎的岩石？
“撞擊坑可以像地下探測器一樣，”Smrekar解釋道。在InSight任務規劃階段對著陸點進行測量時，科學家們研究了分散在極樂世界（Elysium Planitia）的小型撞擊坑的噴射物。通常情況下，流星會挖出一個距離火山口直徑大約十分之一的洞。他們發現，對於這個區域，寬達100米的隕石坑似乎沒有拋出任何大塊岩石，這意味著該區域的上部10米主要由細小的石頭，沙質和沙塵等精細材料組成，這對InSight的“痣”沒有任何不可逾越的障礙。
假設熱流探測器成功部署，它所做的測量不僅可以改變我們對火星演化方式的理解，還可以改變我們對其他岩石行星如地球的理解。
形成後，行星含有大量的熱量，這些熱量在數十億年後慢慢滲漏到地表。直接測量現代火星中這種熱量的流動將有助於緩解行星形成模型中的一些巨大不確定性。例如，通過緩慢吸收小行星形成行星，但是聚集在一起的小行星類型極大地影響了行星的成分，從而影響了它的熱流。已經對火星的熱流進行了許多間接測量，但它們經常與理論模型相矛盾。
“一些熱流估計與火星，以及所有岩石行星實際上由某類小行星 - 球粒狀小行星形成 - 具有一定量的放射性物質[產生熱量]的想法是一致的，”Smrekar解釋說。“但其中一些測量結果不符合這一點; 他們指出火星是由較少的球形物質組成的，其內部應該比我們的模型預測的要冷得多。“
Smrekar補充說，一旦InSight測量其著陸點下方的熱流數量，就可以在全球範圍內進行推斷。“這個瘋狂的數字將告訴我們很多關於火星曆史以及現在的情況 - 這是我最興奮的事情。”
除了開發行星演化模型之外，熱流測量還將有助於理解火星是否曾經足夠適合生活。一些假設認為火星表面下方可能存在水庫，熱流數值可以幫助我們瞭解這些水庫是否處於賦予生命的液體狀態，或者是不是那麼給予生命的固體冰。
InSight還有另一個解讀火星內部物質的技巧，但它需要來自地球上的深空網絡（DSN） - 無線電天線的一些幫助，它們與整個太陽系中的機器人太空任務保持聯繫。通過分析InSight和DSN之間無線電傳輸的微妙頻移，科學家們將能夠測量著陸器相對於地球移動的速度。在InSight的主要任務的兩年中，該實驗將使用著陸器作為行星表面上的固定點來構建火星在旋轉時擺動多少的圖片。
“我們將能夠跟蹤InSight的位置，精度約為10英寸，”InSight首席研究員Bruce Banerdt說。“這是驚人的 - 它就像你可以接近魔術並且仍然是科學一樣接近。”
Banerdt說，火星的擺動可以為我們提供有關地球核心的信息。“如果火星的核心是液體，它實際上有點在裡面晃動，那個擺動的大小和速度與核心的大小和核心的密度有關。核心越重，晃動越多，對擺動的影響就越大。“
InSight將與之前的火星任務截然不同，但它將在人類尋求理解火星如何形成以及它是否曾經生活過主機的過程中發揮重要作用。最終，通過給予火星內部檢查，我們將能夠將紅色星球的成分與地球進行比較，從而大大提高我們對太陽系中行星 - 甚至是圍繞其他恆星運行的外行星 - 的理解。