美國國家航天局(NASA)的火星探測器「好奇號」(Curiosity)展示了一些新的科學力量，並解開了火星這顆紅色星球上的一個謎題。
一項最新研究報告稱，任務小組成員重新設計了探測器的導航裝置以測量引力場中的微小變化。這一新穎設計使研究人員能夠弄清楚「好奇號」正在探索的巨大火星山是如何形成的。換句話說，它可能是由風吹的沙子和沉積物沉積而成的獨立土丘。
「往前看，我覺得這項研究展示了在其他行星表面進行重力測量的前景。」該研究的主要作者、馬裡蘭州約翰霍普金斯大學地球與行星科學系助理教授凱文·路易斯(Kevin Lewis)說道。
路易斯說道：「它真的能提供關於地表下巖石的數據，該數據是其他任何儀器都難以獲得的。」
2012年8月，汽車大小的「好奇號」火星探測器降落在96英裡(154公裡)寬的蓋爾環形山(Gale Crater)底面，任務是調查該區域過去是否可能存在生命。這項工作取得了令人難以置信的成果：據「好奇號」的觀測顯示，在遠古時期，蓋爾環形山可能在長達數億年裡擁有一個湖泊和溪流系統。
蓋爾環形山之所以吸引人，還有其他原因。例如，其中心還有一座山高3.4英裡(5.5公裡)的山——這種戲劇性的地質奇觀在地球上聞所未聞。
科學家們長久以來一直在爭論這個名為夏普山(Mount Sharp)的奇怪山體是如何形成的。它是曾經填滿蓋爾隕坑但被侵蝕殆盡的沉積結構的殘餘物嗎?還是夏普山開始就是這種形式，隨著火星上的風把塵土和沙子吹進蓋爾環形山而日漸變大?
這就是這篇研究的意義所在。路易斯和他的同事在「好奇號」穿越過的路線上超過700個點區繪製了引力場強度圖，「好奇號」已經從蓋爾環形山底部慢慢升到了夏普山的丘陵地帶。(引力場會隨著高度的增加而減弱，因此離行星中心的距離也會增加。)
利用這些「重量測量法」，研究人員計算出了「好奇號」輪子下巖石的密度大約為168立方米/千克。密度很低，意味著這些巖石上有很多孔。
使用「好奇號」火星漫探測器工程加速度計(灰色)進行的測量顯示，當探測器攀登夏普山時，重力強度有所下降。模擬的重力信號(黑色)衰減的速度使得研究人員能夠測量構成夏普山的巖石密度。圖源：Kevin Lewis
路易斯說:「這些巖石可能更像是一種壓實的土壤，而不是你想像的那種粘合得很好的精密巖石。」
他補充說，如果這些沉積物曾經被埋在3英裡(5公裡)深處，上面還有其他沉澱物，那麼它們密度肯定會(比現在)大得多。因此，新的研究結果認為，夏普山主要是由風吹積的沉積物形成的，而不是隕石坑裡堆滿沉積物後遭腐蝕留下的殘餘物。
路易斯強調，這並不是說蓋爾隕石坑過去不曾有過一個可能適合居住的湖泊。「好奇號」對湖床沉積物的觀察有很大把握證實水體的存在。但顯然這些沉澱物顯然沒有到達環形山邊緣，但目前還不清楚它們到達的具體高度——位於夏普山的斜坡上的湖沉積物和被風吹積的沉積物之間的過渡。
劉易斯透露，軌道觀測發現了一個有趣的「不一致」現象——之前連續沉積巖石記錄的中斷。中斷地點位於「好奇號」目前所在位置上方2600英尺(800米)處。這個地方可能就是沉積物到達的高度，可以把它列為候選位置。
劉易斯說:「我們拭目以待，看看「好奇號」是否能到達那裡，是否能找到從山上滾下來的碎片。但我們可能需要做更多探索才能找到這個過渡。」
讓我們回過頭來繼續看引力數據。「好奇號」沒有攜帶任何專門的引力測量儀器，那麼路易斯和他的團隊是如何進行測量的呢?
跳出思維定勢想想看。「好奇號」有兩個「探測器慣性測量單元」(RIMUs)，一個主單元和一個備用單元。兩個單元都由三個加速度計和三個陀螺儀組成，由「好奇號」的操控者用來給「好奇號」導航並確定其方位。但路易斯想知道，這些工程數據是否可以重新校準用來獲得有關引力場的信息。
「這件事我想了很久，」他說，「我沒有期望有足夠高的用作科學目的精確度，但我開始研究數據並校正溫度和其他變量等複雜的因素。隨後，你瞧，精確度達到了一個實際上具有科學意義的點。」
因此，研究小組能夠在另一顆行星的表面進行有史以來第一次的「重力路線」。路易斯說，唯一在地球以外完成的此類工作是1972年阿波羅17號太空人在月球上完成的。
路易斯說，未來的火星和其他行星探測器任務也可以進行類似的測量。但他的團隊使用的策略並非普遍適用。例如，研究人員可能無法用NASA的「勇氣號」和「機遇號」火星探測器多年來收集的工程數據進行重力測量。路易斯說，這兩個高爾夫球車大小的機器人收集工程數據的方式略有不同。