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2020年NASA和ESA的火星计划有什么相同点和不同点?

2019-09-28来源:鼎盛家电网

美国航空航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)都打算在2020年发射无人火星着陆器。他们的目标都是希望在火星上能找到生命的证据,但是他们的战略不同,首先他们的着陆点不同。

2020年NASA和ESA的火星计划有什么相同点和不同点?

图一:Jezero crater 和 Oxia Planum 所在位置

NASA和ESA的工程师们正在组装两个火星漫游车,准备在2020年发射。两者都试图钻研火星古老的沉积岩,希望能找到生命曾经在那里繁衍生息的证据。但是打算用对比的方法来分析火星地下土壤。他们的不同点是ESA的ExoMars火星漫游车计划在原地研究它们,而NASA的Mars2020漫游车将收集和记录一组样品,然后带回地球再研究。这两项任务都试图了解火星年轻时的环境状况,当时火星只是在行星形成后5亿年左右形成。火星和地球的大气都以二氧化碳为主,而且都有河流活动。在地球上,微生物生命就是在这种环境下产生的。火星上也发生过同样的情况吗?与地球上不同的是,火星自古以来的岩石保存得相对完好,一直保持在地表附近,尽管有地下水活动以及受风和撞击侵蚀的影响,但是基本上没有受到构造或变质作用的影响。因此,通过研究火星上古老的宜居环境,我们不仅可以了解我们邻近的星球,还可以更好地理解生命是如何自己产生的。在我们能够派遣人类宇航员到火星古老的岩石中进行实地考察之前,我们下一个最好的选择是派遣移动漫游者作为代理人。

安全着陆。火星是一个很难着陆的星球,因为如果它的大气层很厚,就会烧毁进入火星的宇宙飞船,如果太薄,就不能完全刹车。此外,不可预测的多变天气导致航天器在何处着陆是个大问题。火星着陆点的选择既与科学有关,也与安全有关。事实上,早些时候的任务几乎完全依靠工程的理论数据来选择最终的着陆点。2011年启动的“好奇心”号飞行任务是第一个有几个同样的安全候选着陆点可供选择的飞行任务,允许根据科学价值来作出最后选择。Mars2020拥有同样丰富的潜在着陆点。但是ExoMars漫游者有更严格的安全考虑。

Mars2020将借鉴“好奇号”的着陆技术,以及一种新的自主地形相对导航能力。这些改进缩小了着陆椭圆盘(只有16×14km,而“好奇号”只有25×20km),并将使Mars2020能够避开已知的危险区域。火星上需要一个平坦的场地,能够容纳120×19公里的着陆区,因此从一开始选择就比较有限。重要的是要指出,如果成功,ExoMars将是欧空局的第一次火星着陆,而Mars2020将是NASA的第五次火星漫游者和第十次登陆。NASA和ESA的目标和能力十分相似,在漫长的选址过程中,他们两个有一些共同的候选目标。例如,两者都把Mawrth Vallis(马沃斯谷位于火星克里斯平原东方,位置22.36°N, 343.5°E,全长约636公里 。约低于火星大地水准面约2公里。这是一个古代的外流河道,并且发现大量含有浅色黏土矿物的岩石。名字由来于威尔士语的火星。 马沃斯谷是火星上年代最老的数个谷地。该谷地形成后不久就被沉积)列为候选着陆地点。最后,他们选择了相距遥远的着陆点。

钻探古老岩石。尽管有相似的科学目标,但是他们最终还是选择了不同类型的“古老”环境来登陆。Mars2020(如图一)将在JeZero陨石坑着陆,该火山口包含一个保存完好的河流三角洲,它曾被扇形化为一个火山口湖,而火山口本身就是一条流向伊西迪斯盆地的河流。ExoMars将在Oxia Planum登陆,这是一片平坦的平原,在那里也有大量的证据表明河流曾经流动,甚至可能曾经有过古老的海洋。这两个以前潮湿的地方在科学上有什么不同呢?

在Jezero 陨石坑登陆的Mars2020。JeZero是一个直径45公里的陨石坑,位于火星伊西迪斯盆地的西北缘。伊西迪斯是火星最后形成的大型盆地,它对周围地壳的影响是深远的:一系列同心断裂带环绕着盆地,特别是在西北方向的尼利·福塞(Nili Fossae)地区。沿着断裂带可以看到暴露的火星表面硬壳,有着多样的矿物质。

2020年NASA和ESA的火星计划有什么相同点和不同点?

图片来源:NASA/JPL-caltech

JeZero陨石坑发生在大约39亿年前,随之而来的是与水有关的活动。两条河流从Nili Fossae的一大片地区收集了水,然后流入JeZero陨石坑内。其中一条河流从JeZero的西部边缘开始,形成了一个典型的河流三角洲,最后形成了一个至少250米深的湖泊,而且很可能更深。这个湖最终越过了JeZero的边缘,向东北方向溢出了水,进入了火星的北部低地。水活动停止后,风蚀冲走了一些湖底沉积物,留下了结实的三角洲沉积物,点缀着东面的火山口底部。后来,大约26亿年前,Syrtis Major火山爆发在周围沉积了火山岩屑,很可能覆盖了任何剩余的湖底沉积物,但三角洲仍然看得清。在火星历史的大部分时间里,地下水很可能从岩石中渗出,潜在地改变了火山岩石化学成分。所有这些环境(熔岩除外)都有利于保存有机物质,并有可能成为古代生命的标志。

bt365投注规则除了矿物学上的多样性和对古代宜居环境的保护外,JeZero还有其他三个优势,这使得它对着陆点选择委员会特别有吸引力。首先,安全着陆区位于一些目标岩石的顶部,当Mars2020登陆时,它可能只有几百米的车程就能到达沉积岩完整暴露的三角洲。第二个好处是,沉积环境的形成被人们理解和知道。科学小组已经确切地知道他们需要去三角洲和其他地方,以收集他们需要的样本,以便最好地实现他们的科学目标。他们已经制定了一项可行的穿越计划,该计划将覆盖大约15公里的范围,并将在两年的任务中收集20种不同类型的岩石样本。如果在完成这项主要任务后,探测器仍处于良好状态,则JeZero还有第三个优势,从JeZero陨石坑的边缘经过一段长但合理的路线,探索不同的火星地质结构。Mars2020穿越高地,这些高地上有曾经溢出的JeZero沉积物。如果Mars2020实现了这一目标,它将探索一个最原始的火星古代沉积环境。不过,有一个主要问题。与“好奇号”不同,Mars2020火星车不携带分析实验室仪器。取而代之的是,它有一个复杂的机制来收集和存储岩石样品,然后装在密封的管道内。Mars2020将用照相机和分光计详细记录所有的样品收集地点,在此过程中将更多地了解JeZero的古老环境。

在 Oxia Planum 登陆的ExoMars。从一开始,ExoMars就明确地把重点放在发现火星的远古生命的证据上。因此,ExoMars小组将他们的搜索范围限制在火星最古老的岩石上这块区域在火星历史上曾经有大量的洪水流过。与此同时,他们在火星上大部分时间里都在寻找被掩埋的物质材料,这将为他们提供到目前为止保存复杂有机分子的最大可能。“好奇号”试图通过在迅速侵蚀的峭壁底部钻入岩石来实现这一目标(Mars2020也是如此)。ExoMars有一种不同的方法:钻头。它的钻头可以从地表下2米处收集材料,因为2米以下低于电离辐射的影响。一次演习使ExoMars不用担心它探测到的岩石暴露了多长时间。因此,它的大着陆区必须包含地质生物学有趣的材料。任务期限短意味着,环境多样性对ExoMars的优先程度比对Mars2020的优先程度要低得多,因为不能假定ESA的火星漫游车能够穿越相距甚远的地质野外局域。

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图片来源:NASA/JPL-caltech

ExoMars选定的地点OxiaPlanum位于克莱斯勒盆地的东边缘。从轨道上看,火星车和火星勘测轨道飞行器都检测到了遍布OxiaPlanum的沉积物中的含水矿物,如粘土和水合硅石。据估计,这些矿物质的年代约为40亿年,略早于JeZero。这些矿物形成层状结构,但其来源尚不清楚。它们可能与Mawrth Vallis同样神秘的粘土有关,研究表明OxiaPlanum的岩石曾经在水下。如果是这样的话,这些水可能是古代火星海洋的一部分,它覆盖了北部低地的大部分地区,与JeZero火山口的开放湖泊系统非常不同,更不用说“好奇号”的着陆点盖尔火山口(Gale Crater)的封闭湖泊系统了。

ExoMars希望在六个位置进行钻探,从近表面和更深的地下提取样本,粉碎它们,用显微光谱仪分析它们,用激光对样本进行解吸,并用气相色谱-质谱仪分析解吸的物质,以寻找生物成因的有机分子。像Mars2020一样,它也有一套更传统的遥感相机、光谱仪,包括在着陆器上的一个功能强大的环境检测装备。

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