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火星2020探测车任务 - 毅力号

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继「好奇号」探测车和「洞察号」探测器分别于2012 年和2018 年登陆火星后,美国太空总署(NASA)计划于 2020 年 7 月至 8 月发射火箭,送「毅力号」(Perseverance)探测车到火星进行「火星2020」任务。此次任务的科研目的包括寻找过往生命的线索、试验由大气的二氧化碳制造氧气、采集及封存岩土样本等,更会首次派出无人直升机,示范在火星上飞行和侦察,为未来的行星探索铺路。

香港太空馆在大堂设置专题展览,让观众认识探索火星的因由和过往任务,以及介绍「火星 2020」的特色和科研重点、任务的最新进展等。

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火星全景影像

火星探测车好奇号拍摄的火星360度全景影像,由超过1000张照片组合而成。(只提供英文内容)

Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS


火星与地球有多相似?

火星与地球
Credit: NASA Visualization Technology Applications and Development (VTAD)

加送40分钟
火星的「一天」比地球稍长,约为24小时40分钟。
春夏秋冬
地球有四季,是因为它的自转轴并不垂直于其公转平面。而火星的自转轴有25度的倾角,所以它亦有四季变化。

火星与地球有多不同?

小心滚水
火星表面的大气非常稀薄,压力不足地球的百分之一。由于气压愈低,水的沸点愈低,在火星表面,液态水高于摄氏0度就会沸腾。
小心着凉
火星的夜晚十分寒冷!最低温度达摄氏零下140度。

从前,火星是…

火星陨石ALH84001
Credit: NASA/JSC/Stanford University

火星生命?!
ALH84001是一颗于1984年发现的火星陨石,当中可能含有微型细菌化石。这个讲法虽然有争议,但一些研究指出远古的火星可能曾经有生命存在。
亦有其他迹象显示,火星过去可能拥有较厚的大气层,甚至海洋,气候温暖,是一颗适合生命生存的行星。

从石头看气候

构想图:注有湖水的盖尔陨石坑
Credit: NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS

科学家利用由好奇号的「火星样本分析仪」对岩土样本内里各种同位素的含量比例分析,估计火星表面环境曾经由温暖变寒冷。

寻找水源

Credit: NASA's Goddard Space Flight Center

水对于生命至关重要。早期的火星任务都是以「寻找水源」作为探索方向。及后有不少地质发现提供古今水源的线索,现在更进一步,去寻找生命的确实证据。

海员四号:「我最先到达目的地」

海员四号
Credit: NASA

海员四号是首个成功飞越火星的探测器,1965年拍摄了首张火星近地照。

首张火星近地照
首张火星近地照。

旅居者号:「请跟着我走。」

旅居者号
Credit: NASA/JPL

1997年旅居者号是首辆在地球以外的行星上行走的探测车。

勇气号及机遇号:「我们发现了不能食用的蓝莓。」

精神号及机遇号
Credit: NASA/JPL-Caltech

于2004年着陆的勇气号及机遇号,是一对「双胞胎」火星探测车。它们比旅居者号更先进:配备了全境镜头去拍摄火星的地貌,帮助科学家了解岩土的矿物成分。

「蓝莓状」颗粒
Credit: NASA/JPL-Caltech/Cornell/USGS

机遇号在火星表面上发现细小的「蓝莓状」颗粒,成因尚未确定,可能是与水源有关的矿物沉淀,但亦可能只是陨石残骸。

好奇号:「我爱石头!」

好奇号
Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

好奇号于2012年着陆,直至2020年7月仍在运作。它钻探岩石样本,透过分析样本的化学成分,了解火星过往的气候和地质。

洞察号:「我要寻根究『底』。」

洞察号
Credit: NASA/JPL-Caltech

洞察号于2018年着陆,直至2020年7月仍在运作中。它配备地震仪和热流探针,是首部尝试详细探测火星内部的探测器。

 

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为什么要探索火星?

探索火星能够为生命的起源和演化提供线索。火星更可能是人类未来的家园。

火星2020任务目标

- 了解火星过去环境的适居性
- 搜寻微生物是否曾经存在的线索
- 试验从大气中提取氧气
- 采集及封存岩土样本,等待送返地球

任务基本资讯

任务名称:火星2020
探测车名称:毅力号
发射日期:2020年7月30日
发射地点:美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地
着陆日期:2021年2月18日
着陆地点:杰泽罗陨石坑
任务历时:至少一个火星年(约687个地球日)

探测车毅力号

主要科学仪器 Mastcam-Z

桅杆相机系统(简称Mastcam-Z)

桅杆相机系统(简称Mastcam-Z)
Credit: NASA/JPL-Caltech

桅杆相机系统(简称Mastcam-Z)能够拍摄火星地貌的高清影片、全景彩色照片和三维影像。可变焦的镜头能放大远处的景物,帮助了解大气的特质。
良好的「视力」还可以帮助科学家挑选可能保存着过往生命迹象的岩石。

主要科学仪器 MOXIE

火星氧气就地资源利用实验仪(简称MOXIE)
Credit: NASA/JPL-Caltech

火星氧气就地资源利用实验仪(简称MOXIE)为日后的探险者示范如何利用火星大气中的二氧化碳制造氧气,作火箭推进剂和呼吸之用。

火星之旅

1)发射 2)巡航并接近火星 3)进入火星大气层,降落及着陆 4)地面运作

新的着陆技术:「地形相对导航」

「地形相对导航」

(1) 下降时拍摄影像 (2) 对比衞星地图 (3) 必要时立即转向

「地形相对导航」能提升着陆的安全性: 即将着陆时,探测车会拍摄附近的地貌,自动与资料库内的地图对比。若果发现有危险,能即时转往比较安全的地方降落。

 

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给地球的手信

Credit: NASA/JPL-Caltech

我们不能带大型仪器到火星做研究,或许可以把火星岩土样本带回地球!
史上首次,毅力号将会采集及封存具研究价值的岩土样本,日后由其他任务将样本送返地球作详细研究。

步骤一:采集样本
科学家锁定目标后,毅力号的钻头连同钛金属管会深入岩土五厘米取出样本。每个样本的质量约为15克,目标至少采集到20个不同的样本。
步骤二:封存样本及装载
每个样本分别封存于14厘米长的钛金属管内,而金属管收藏于机体内,直至预定的卸载时间和地点到临。
步骤三:卸载样本于火星
样本最后会留在火星上,等待未来的任务接收和送返地球。围绕火星的人造衞星会为样本定位,位置精确度约一米

于火星盘旋

Credit: NASA/JPL-Caltech

任务包括派出「独创号」,是首架无人直升机,示范在火星上飞行和侦察,为未来的行星探索铺路。

火星无人直升机的特色
Credit: NASA/JPL-Caltech