2020年7月,美國宇航局火星探測計劃的火星2020探測器將開始其漫長的火星之旅。在機遇和好奇號漫遊者的追逐下,火星2020探測器將嘗試回答我們關於火星的一些最緊迫的問題。其中最重要的是,火星是否有適宜居住的條件,以及是否存在微生物。
為此,2020年火星探測器將獲得火星巖石的鑽孔樣本,並將它們放在緩存中。未來的載人任務可能會取回這些樣本並帶回地球進行分析。然而,根據最近的一項聲明,美國國家航空航天局(NASA)表示,它還打算將一顆火星隕石碎片送回火星,這顆碎片將被用來校準探測器的高價值雷射掃描儀。
這種雷射掃描儀被稱為掃描可居住環境,具有拉曼和發光的有機物和化學物質(SHERLOC)儀器。雷射的解析度能夠照亮巖石樣本中最精細的特徵,包括石化微生物。但是為了達到這個目的,雷射需要一個校準目標,以便科學團隊能夠微調它的設置。
在漫遊者的機器人手臂上,SHERLOC使用光譜儀、雷射和照相機來尋找有機物和礦物質,這些有機物和礦物質已經被水環境所改變,可能是過去微生物生活的標誌。
通常,這些校準目標包括巖石、金屬或玻璃碎片,這些樣本是複雜地質歷史的結果。然而,在解決SHERLOC的校準需要時,JPL科學家提出了一個相當有創意的想法。在數十億年的時間裡,火星曾經歷過撞擊,將其表面的碎片送入軌道。在某些情況下,這些碎片以隕石的形式來到地球,其中一些已經被確認。
雖然這些隕石很罕見,與火星2020探測器收集的地質多樣性樣本並不相同,但它們非常適合於目標實踐。正如噴氣推進實驗室的盧瑟·比格爾,SHERLOC的首席研究員,在最近的NASA新聞聲明中說:
「我們正在研究的是如此精細的尺度,由於溫度的變化,甚至是漫遊者落在沙地上,導致輕微的失調,我們需要糾正我們的目標。」通過研究儀器如何看到一個固定的目標,我們可以理解它將如何看到火星表面的一部分。
在這方面,2020年火星探測器是在好不過的。例如,好奇號的化學和照相機(ChemCham)儀器依靠雷射誘導的擊穿光譜(LIBS)來確定巖石和土壤樣品的元素組成。同樣,機遇號探測器的微型熱發射光譜儀(Mini-TES)也允許這種探測車從遠處探測巖石成分。
美國國家航空和宇宙航行局火星2020任務的Rohit Bhartia持有一塊隕石的科學家們已經確定來自火星的部分。
然而,SHERLOC是獨一無二的,它將是第一個部署到火星的儀器,將使用拉曼和螢光光譜。前者涉及在可見光、近紅外或近紫外範圍內對材料進行光照,並測量光子的上下移動信號。後者利用紫外雷射在碳基化合物中激發電子,使其發光。
這種光表明樣品中含有已知的存在生命的化學物質(即生物籤名)。SHERLOC還將拍攝它所研究的巖石,這將使科學團隊能夠繪製出火星表面的化學特徵。
為了達到他們的目的,SHERLOC小組需要一個足夠堅固的樣本來承受發射和著陸引起的劇烈震動。他們還需要一種含有正確的化學特性的藥物來檢測SHERLOC對生物特徵的敏感性。在詹森航天中心和倫敦的自然歷史博物館的幫助下,他們最終決定了一份來自於阿赫米爾008隕石的樣品。SaU008)。
這顆隕石是1999年在阿曼發現的,它更堅固,其他的樣品可以被切成薄片而不被其他的薄片剝落。正因為如此,SaU008將成為火星上第一個幫助科學家尋找火星生命跡象的隕石樣本。這也將是第一個火星隕石返回到火星表面——儘管技術上不是第一個被送回火星。
火星的氧氣等離子體清潔器,它從表面去除有機物。
這是1962年在奈及利亞獲得的一塊隕石,它在1999年被火星全球測量師(MGS)送回火星。這一任務在2007年結束,所以這一大塊已經在火星軌道上漂浮。此外,「火星2020」超級攝像機的團隊還將在自己的校準測試中加入火星隕石。
隨著SaU008的切片,火星2020有效載荷將包括先進材料的樣品。除了用來校準SHERLOC,這些材料還將被測試,看看它們是如何抵禦火星的天氣和輻射的。如果它們能在火星表面生存下來,那麼這些材料就可以用於為未來的太空人製造太空服、手套和頭盔。
在詹森航天中心(Johnson Space Center),一名SHERLOC的聯合調查員兼外太空材料策展人馬克·弗裡斯(Marc Fries)說:
「SHERLOC儀器是為人類太空飛行做準備和對火星表面進行基礎科學研究的寶貴機會。」它為我們提供了一種方便的測試材料的方法,當他們到達火星時,這些材料將會使未來的太空人更安全。
隨著每一次火星機器人任務的到來,我們都在努力工作,直到靴子最終在火星上著陸的那一天。當太空人完成第一次載人火星任務(計劃在2030年),他們將會追蹤一些無畏的機器人探索者的足跡!