「火星車」好奇號測量山的重力

2021-01-15 NASA愛好者

圖像描繪了NASA的好奇號火星車（左圖）和阿波羅16號任務期間駕駛的月球車。

Credits: NASA/JPL-Caltech


阿波羅17號太空人於1972年在月球表面駕駛月球車（moon buggy），用特殊儀器測量重力。火星上沒有太空人，但是一群聰明的研究人員意識到他們正在操控的火星車上有工具可以進行類似的實驗。


在「科學」雜誌的一篇新論文中，研究人員詳細介紹了他們如何重新利用用於驅動好奇號探測器的傳感器，並將其轉換為重力測量儀，用於測量重力的變化。這使得他們能夠測量夏普山（Mount Sharp）下部巖層的微弱引力。夏普山距離蓋爾隕石坑（Gale Crater）底部5公裡，好奇號自2014年以來一直在攀登。結果如何？事實證明，這些巖層的密度遠低於預期。


就像智慧型手機一樣，好奇號帶有加速計（accelerometer）和陀螺儀。移動智慧型手機可以讓這些傳感器確定其位置和面向的方向。好奇號的傳感器做同樣的事情，但精度要高得多，在每個火星表面的導航起著至關重要的作用。了解火星車的方向還可以讓工程師準確地指向其儀器和多向高增益天線（multidirectional, high-gain antenna）。


巧合的是，好奇號的加速計可以像阿波羅17號的重力儀（gravimeter）一樣使用。只要好奇號靜止不動，加速計就會檢測到行星的重力。利用任務前五年的工程數據，該論文的作者測量了火星在火星車上的引力拖曳。當好奇號登上夏普山時，這座山增加了額外的引力，但沒有科學家預期的那麼多。


主要作者、約翰霍普金斯大學的Kevin Lewis說：「夏普山的低層意外的多孔。我們知道這座山的底層隨著時間的推移而被埋沒，這使它們變得更緊密。但這一發現表明它們並沒有被我們認為的那麼多的材料所埋沒。」


來自火星車的科學


阿波羅17號太空人駕駛他們的月球車越過了陶拉斯-利特羅谷（Taurus-Littrow Valley），定期停下來進行了25次測量。Lewis使用NASA軌道器收集的數據研究了火星重力場，也熟悉了阿波羅17號的重力儀。


「科學」上的論文使用了好奇號加速計的700多個測量值，採集於2012年10月到2017年6月之間。這些數據經過校準以濾除雜訊（noise），例如溫度的影響和火星車在爬升過程中的傾斜。然後科學家將計算結果與火星重力場模型進行比較以確保準確性。


計算結果還與好奇號的化學和礦物學儀器（通過使用X射線束來表徵巖石樣品中的結晶礦物）的礦物密度估算結果進行了比較。這些數據有助於了解巖石的多孔性。


神秘之山


火星上的隕石坑或峽谷內有許多山脈，但很少接近夏普山的規模。科學家們仍不確定這座山是如何在蓋爾隕石坑裡形成的。一個猜測是隕石坑曾充滿沉積物。被填充了多少仍然在爭論，但主流思想是數百萬年的風和侵蝕最終挖掘了這座山。


如果隕石坑已經被填滿到了邊緣，那麼所有這些材料都應該壓實下面多層的細粒沉積物。但是這篇新論文表明，夏普山的下層僅僅被壓縮了1至2公裡，比撞擊坑完全填滿的預計要少得多。


論文的共同作者、NASA噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory，JPL，位於美國加利福尼亞州帕薩迪納市）的好奇號項目科學家Ashwin Vasavada說：「關於夏普山的發展歷史仍有許多問題，但是這篇論文為謎題增加了一個重要的部分。」 JPL管理火星科學實驗室任務且好奇號是其中一部分。他補充道，「我很高興有創造力的科學家和工程師仍然在尋找創新的方法來用火星車探索新的科學發現。」


Lewis說，除夏普山之外，火星有很多神秘色彩。它的地形就像地球一樣，但風沙的足跡比水的雕刻更多。它們是行星兄弟姐妹，既熟悉又截然不同。


他說，「對我而言，火星是地球的恐怖谷，它與地球很相似，但是由不同的過程塑造，所以我們的地面體驗感覺非常不自然。」


有關好奇號的更多信息，請訪問：https://mars.nasa.gov/msl/


有關NASA火星計劃的更多信息，請訪問：https://mars.nasa.gov


參考：

[1]:http://science.sciencemag.org/content/363/6426/535/tab-pdf

[2]:https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7323

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