NASA洞察號探測器成功著陸火星 還帶去了26萬中國人的名字

文 | 騰訊科技 作者喬輝

北京時間2018年11月27日凌晨3點56分，美國宇航局（NASA）「洞察」號探測器在火星軟著陸成功。在此之前，「洞察」號已經在太空飛行了半年多，行程超過4.84億公里，這個路程即便讓宇宙中速度最快的光去跑，也要27分鐘。

「洞察」號降落到火星什麼地方？

洞察號採用減速傘和反推發動機的方式降落在火星表面，這與此前鳳凰號火星探測器一樣。

由於「洞察」號是考察火星全球物理狀態的探測器，因此與以往的探測器選址的思路是不同的，只需考慮有利於探測器工作的區域即可。

首先，要保證降落區域有充足的陽光照射，這樣才能有充足的電能驅動探測儀器，其次要保證降落區域地形足夠平坦和地層相對疏鬆。經過4年多的考察後，科學家篩選出4個降落備選區域，這些區域都位於火星北緯3度到5度之間的赤道附近。

登陸火星的探測器在火星表面的分布情況。紅色代表地勢高，藍色代表地勢低。

2017年3月，來自噴氣推進實驗室的科學家宣布，「洞察」號最終選定的降落地點位於火星西埃律西昂平原（Elysium Planitia），北緯4.5度東經135.9度，距離「好奇」號火星車以北600公里。

「洞察」號去火星幹啥？

迄今為止，人類向火星發射的大大小小的探測器加起來超過40多顆，火星可以說是太陽系內除了地球之外，人類最了解的星球，當然還遠遠不夠。之前所有的探測器都是對火星的地表、大氣和磁場進行研究。例如，著名的「好奇」號火星車主要對火星的表面地質情況和物質化學成分進行分析，而「洞察」號是首顆探測火星內部的探測器，目的是了解火星內部結構的全貌。

「洞察」號攜帶的三大件儀器

「洞察」號著陸後，將在火星表面放置一台火震儀；一個能打入火星內部5米深的熱流探頭；一個利用無線電通信測量火星自轉軸晃動情況的裝置。這三大件儀器用來研究火星的內部結構，填補火星物理空白，更好地了解岩石行星是如何誕生。如果說「好奇」號火星車是地質學家和化學家的化身，那麼「洞察」號就是研究火星全局結構的物理學家。

火震儀

日常生活中，大家在挑選西瓜的時候都習慣性地拍一拍，聽聽聲音來判斷品質。同理，由於大地對光是不透明的，要想得知地球的內部結構最常見的設備就是能測量大地震動的地震儀了。同樣，地震儀在火星也能使用，在火星上的就叫火震儀吧。「洞察」號攜帶的火震儀可以測量由於火星本身以及隕石撞擊火星產生的震動，通過對這些震動的測量，就能推算出火星的內部狀況。

火震儀是由法國空間局主導，多國參與制造的設備，它能探測到低頻的火星大氣波動、火衛一對火星產生的潮汐漲落信號，以及高頻的火星震動信號。

熱流探頭

日常生活中，當我們發燒的時候會用體溫度測量體溫，同理，熱流探頭就是測量火星體溫的溫度計，用來測量火星內部的熱量散失情況，研究火星內部的熱狀態以及隨時間演變的情況。熱流探頭通過電纜和數據線與「洞察」號相連，把信息實時傳回計算機處理。

熱流探頭是由德國提供並製造，是一種能自我驅動鑽入大地的探針，本次在火星上預設的深度是5米，大致相當於小汽車的長度。

旋轉和內部結構實驗裝置

還是用日常生活中的例子作比喻，大家都有在不打碎雞蛋的前提下區分生熟的經驗，那就是把它們旋轉起來，生雞蛋通常轉動幾下就停止了，而熟雞蛋卻能轉個不停，這就是由於雞蛋內部的物理狀態不同所致。道理類似，這套裝置也是通過測量火星晃動情況來判定內部物理狀態的。

地球、火星和月球內部的層狀結構（示意圖）

該裝置由美國噴氣推進實驗室（JPL）牽頭研製，利用洞察號X波段信號的多普勒效應，精細測量火星自轉軸的晃動情況，然後反推火星的內部物理狀態。X波段的信號能把火星晃動信息精確到2厘米之內。

此前，「海盜」號探測器和「火星探路者」探測器也做過類似的實驗，但精度不是太高，只能估算出火星內核的大小。一旦「洞察」號把火星自轉軸的自轉、進動和章動等晃動信息傳回地球，科學家就可以更精確計算出火星地核和地幔的大小。這有助於我們了解太陽系內類地行星、以及太陽系外類地岩石行星的形成。

「240萬人」一起飛火星

參與人數最多的前10個國家：分別是美國、中國、印度、英國、土耳其、義大利、德國、俄羅斯、加拿大和巴西。

雖然我們恐怕一輩子都無法去火星旅遊，但「洞察」號給過大家一個親密接觸火星的機會。在發射前通過網路從世界各地收集到了包括本文作者在內的240多萬人的名字（中國有26萬人參與），然後刻在硅質薄片上，準備一起飛往火星。雖然這不是航天界第一次這麼玩兒，但確實最火爆的一次，是大名鼎鼎的「好奇」號火星車收集到姓名的兩倍。

這就是第一枚刻著眾多人姓名的硅質薄片，後來又增加了一枚。

其實，第一次徵集早在2015年的8月就開始了，22天內一共徵集到了826923個名字。NASA工程師利用電子束在硅質微薄片上寫下了所有人的名字，薄片只有0.8平方厘米，字母的寬度僅為頭髮絲寬度的千分之一。

這是三年前本文作者上傳姓名成功後，NASA返回的電子證書。當時計劃的發射日期還是2016年3月4日。

當時的「洞察」號預計是2016年發射，但由於法國提供的火震儀臨時出了問題，任務被迫延期。由於火星發射窗口每26個月才有一次，在窗口期內發射探測器最節省燃料。因此「洞察」號發射就延遲到了2018年5月5日。多出來的兩年時間又啟動了第二輪的名字徵集，又增加了一枚硅質薄片，最終一共收集到2429807個名字。這些名字最終和「洞察」號一起，永久留存在火星上，成為大家在火星上的留念。

「洞察」號的兩個小夥伴

兩顆立方體小衛星實時把洞察號降落的信息傳回地球。

跟隨「洞察」號一同前往火星的不僅僅是240萬地球人的名字，還有兩顆立方體小衛星，每顆衛星的大小均為6U（30厘米× 20 厘米 × 10 厘米）。這兩顆小衛星被稱為「火星立方體一號」（Mars Cube One），用於驗證立方體小衛星在深空的導航和持久能力，還能實時把「洞察」號降落火星過程中的信號接力傳回地球。值得一提的是，由於沒有動力剎車，這兩顆小傢伙並不會進入火星軌道，而是飛掠火星後繼續在太陽系內漂泊。

推遲兩年發射成本飆升

「洞察」號隸屬於NASA「發現」工程項目，該工程希望利用較小的投資獲得新發現。每個項目預算不超過4.5億美元。相比之下，像「好奇」號這樣隸屬於「旗艦」項目的工程，耗資達25億美元，卡西尼-惠更斯探測器則花了39億美元。

洞察號升空前在潔凈實驗室接受工程師的檢測（左），樣子看起來和此前的「鳳凰」火星探測器（右）幾乎一樣。可見兩個可摺疊的太陽能電池板非常巨大。在地球上能產生1800瓦的電功率，然而到火星之後，由於光照強度降低，只能產生600瓦的電功率。

「洞察」號的平台設計直接效仿了此前在火星極地著落的「鳳凰」探測器，這樣既可以降低成本，又能使用已被驗證過的技術，保證可靠性。

「洞察」號原本2016年3月發射，但在快發射的時候，由法國設計和製造的火震儀出現故障，不得不延期發射，前文我們也提到，由於飛火星的最佳窗口每26個月才有一次，這一推遲就是兩年多，這中間又多花很多錢。實際上，到發射的時候耗資已經攀升至8.3億美元。

屬於「發現」項目工程的還有撞擊彗星的「深度撞擊」（DEEP IMPACT）探測器、探測灶神星和穀神星的「黎明」（DAWN）號探測器、探測水星的「信使」號（MESSENGER），以及大名鼎鼎的尋找系外行星的「開普勒」（KEPLER）望遠鏡等等，從結果來看，該工程項目的系列探測器性價比還是挺高的。

本次探測火星的意義什麼？

地球和火星的大小比較

火星是太陽系內八大行星之一，在太陽系內三顆類地行星當中，火星的環境與地球最為接近。水星和金星溫度太高，人類沒法登陸。火星有稀薄的大氣層，氣壓為地球的1%，局部最高溫度甚至可達35攝氏度，當然平均溫度還是比較低的，只有零下63攝氏度。

因此，在未來如果進行星際移民，火星肯定是首選。科技狂人馬斯克的夢想就是，在可見的未來把人類送上火星，並在那裡建立殖民地。

「洞察」號探測火星的目的與此前40多顆火星探測器不盡相同，這次最主要目的就是通過摸清楚火星的內部結構以及熱狀態，推算太陽系內類地行星的演化規律，甚至太陽系外類地行星的演化過程。

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