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火星2020探測車任務 - 毅力號

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繼「好奇號」探測車和「洞察號」探測器分別於2012 年和2018 年登陸火星後,美國太空總署(NASA)計劃於 2020 年 7 月至 8 月發射火箭,送「毅力號」(Perseverance)探測車到火星進行「火星2020」任務。此次任務的科研目的包括尋找過往生命的線索、試驗由大氣的二氧化碳製造氧氣、採集及封存岩土樣本等,更會首次派出無人直升機,示範在火星上飛行和偵察,為未來的行星探索鋪路。

香港太空館在大堂設置專題展覽,讓觀眾認識探索火星的因由和過往任務,以及介紹「火星 2020」的特色和科研重點、任務的最新進展等。

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火星全景影像

火星探測車好奇號拍攝的火星360度全景影像,由超過1000張照片組合而成。(只提供英文內容)

Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS


火星與地球有多相似?

火星與地球
Credit: NASA Visualization Technology Applications and Development (VTAD)

加送40分鐘
火星的「一天」比地球稍長,約為24小時40分鐘。
春夏秋冬
地球有四季,是因為它的自轉軸並不垂直於其公轉平面。而火星的自轉軸有25度的傾角,所以它亦有四季變化。

火星與地球有多不同?

小心滾水
火星表面的大氣非常稀薄,壓力不足地球的百分之一。由於氣壓愈低,水的沸點愈低,在火星表面,液態水高於攝氏0度就會沸騰。
小心着涼
火星的夜晚十分寒冷!最低溫度達攝氏零下140度。

從前,火星是…

火星隕石ALH84001
Credit: NASA/JSC/Stanford University

火星生命?!
ALH84001是一顆於1984年發現的火星隕石,當中可能含有微型細菌化石。這個講法雖然有爭議,但一些研究指出遠古的火星可能曾經有生命存在。
亦有其他跡象顯示,火星過去可能擁有較厚的大氣層,甚至海洋,氣候溫暖,是一顆適合生命生存的行星。

從石頭看氣候

構想圖:注有湖水的蓋爾隕石坑
Credit: NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS

科學家利用由好奇號的「火星樣本分析儀」對岩土樣本內裏各種同位素的含量比例分析,估計火星表面環境曾經由溫暖變寒冷。

尋找水源

Credit: NASA's Goddard Space Flight Center

水對於生命至關重要。早期的火星任務都是以「尋找水源」作為探索方向。及後有不少地質發現提供古今水源的線索,現在更進一步,去尋找生命的確實證據。

海員四號:「我最先到達目的地」

海員四號
Credit: NASA

海員四號是首個成功飛越火星的探測器,1965年拍攝了首張火星近地照。

首張火星近地照
首張火星近地照。

旅居者號:「請跟着我走。」

旅居者號
Credit: NASA/JPL

1997年旅居者號是首輛在地球以外的行星上行走的探測車。

勇氣號及機遇號:「我們發現了不能食用的藍莓。」

精神號及機遇號
Credit: NASA/JPL-Caltech

於2004年着陸的勇氣號及機遇號,是一對「雙胞胎」火星探測車。它們比旅居者號更先進:配備了全境鏡頭去拍攝火星的地貌,幫助科學家了解岩土的礦物成分。

「藍莓狀」顆粒
Credit: NASA/JPL-Caltech/Cornell/USGS

機遇號在火星表面上發現細小的「藍莓狀」顆粒,成因尚未確定,可能是與水源有關的礦物沉澱,但亦可能只是隕石殘骸。

好奇號:「我愛石頭!」

好奇號
Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

好奇號於2012年着陸,直至2020年7月仍在運作。它鑽探岩石樣本,透過分析樣本的化學成分,了解火星過往的氣候和地質。

洞察號:「我要尋根究『底』。」

洞察號
Credit: NASA/JPL-Caltech

洞察號於2018年着陸,直至2020年7月仍在運作中。它配備地震儀和熱流探針,是首部嘗試詳細探測火星內部的探測器。

 

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為什麼要探索火星?

探索火星能夠為生命的起源和演化提供線索。火星更可能是人類未來的家園。

火星2020任務目標

- 了解火星過去環境的適居性
- 搜尋微生物是否曾經存在的線索
- 試驗從大氣中提取氧氣
- 採集及封存岩土樣本,等待送返地球

任務基本資訊

任務名稱:火星2020
探測車名稱:毅力號
發射日期:2020年7月30日
發射地點:美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地
着陸日期:2021年2月18日
着陸地點:傑澤羅隕石坑
任務歷時:至少一個火星年(約687個地球日)

探測車毅力號

主要科學儀器 Mastcam-Z

桅杆相機系統(簡稱Mastcam-Z)

桅杆相機系統(簡稱Mastcam-Z)
Credit: NASA/JPL-Caltech

桅杆相機系統(簡稱Mastcam-Z)能夠拍攝火星地貌的高清影片、全景彩色照片和三維影像。可變焦的鏡頭能放大遠處的景物,幫助了解大氣的特質。
良好的「視力」還可以幫助科學家挑選可能保存着過往生命跡象的岩石。

主要科學儀器 MOXIE

火星氧氣就地資源利用實驗儀(簡稱MOXIE)
Credit: NASA/JPL-Caltech

火星氧氣就地資源利用實驗儀(簡稱MOXIE)為日後的探險者示範如何利用火星大氣中的二氧化碳製造氧氣,作火箭推進劑和呼吸之用。

火星之旅

1)發射 2)巡航並接近火星 3)進入火星大氣層,降落及着陸 4)地面運作

新的着陸技術:「地形相對導航」

「地形相對導航」

(1) 下降時拍攝影像 (2) 對比衞星地圖 (3) 必要時立即轉向

「地形相對導航」能提升着陸的安全性: 即將着陸時,探測車會拍攝附近的地貌,自動與資料庫內的地圖對比。若果發現有危險,能即時轉往比較安全的地方降落。

 

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給地球的手信

Credit: NASA/JPL-Caltech

我們不能帶大型儀器到火星做研究,或許可以把火星岩土樣本帶回地球!
史上首次,毅力號將會採集及封存具研究價值的岩土樣本,日後由其他任務將樣本送返地球作詳細研究。

步驟一:採集樣本
科學家鎖定目標後,毅力號的鑽頭連同鈦金屬管會深入岩土五厘米取出樣本。每個樣本的質量約為15克,目標至少採集到20個不同的樣本。
步驟二:封存樣本及裝載
每個樣本分別封存於14厘米長的鈦金屬管內,而金屬管收藏於機體內,直至預定的卸載時間和地點到臨。
步驟三:卸載樣本於火星
樣本最後會留在火星上,等待未來的任務接收和送返地球。圍繞火星的人造衞星會為樣本定位,位置精確度約一米

於火星盤旋

Credit: NASA/JPL-Caltech

任務包括派出「獨創號」,是首架無人直升機,示範在火星上飛行和偵察,為未來的行星探索鋪路。

火星無人直升機的特色
Credit: NASA/JPL-Caltech