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死亡前,它听见了火星的心跳和风声

日期: 来源:人物收集编辑:人物

如果夜空晴朗,你在北半球向南方眺望,会看到一颗发亮的红色星星。它就是火星。

2022年12月21日,在这颗距离我们平均约2.25亿公里的红色星球上,美国航天局宣布,洞察号无人探测器在对火星进行长达4年多的科学探测之后,任务正式终结。洞察号走向了生命的终点。

在过去约两个火星年的时间跨度里,它作为有史以来人类第一个探测火星内部的探测器,履行着使命,直到生命的最后一刻。

登陆火星,因其成功率低,一直有「火星诅咒」的说法。洞察号扛住了降落时的危险,扛住了约100度的昼夜温差,扛住了风和地震,扛住了遥远的距离和孤独,但最后却死于火星的红尘。

一直以来,人类对于火星的探索,近似一场接力赛。从上古时代第一个仰望星空的人类开始,总有一些人选择向星空投去目光。那些成功降落火星、身负各种使命的探测器,则是被星空梦想照进的现实。

|易方兴

编辑|姚璐

|NASA


日出和风

2019年4月24日早上5点30分,洞察号睁开眼睛,一个比在地球上看起来小了三分之一的太阳,正从火星的地平线上缓缓升起。

洞察号是通过机械臂的相机观察到这一壮观景色的。在它的眼前,是一片平坦、广阔的橙色平原。这里是位于遥远的火星赤道附近的「极乐世界」。虽然名字听起来很美好,但它却是火星上火山分布最密集的区域之一。洞察号选择这里降落,既是因为这里地势平坦,光照充足,能够为它的太阳能电池板提供充足的电力;同时,也是因为这一次,它肩负着人类想倾听火星心跳的使命。

有人把地震形容成行星的心跳,这个说法很贴切。某种程度上,只要获得了行星地震的数据,就能够掌握其内部的构成秘密,听到像火星这样的岩制天体的起源之声。

洞察号拍下的火星日出

在看日出的这一天前,洞察号已经在火星上停留了145个火星日。这些天颇为折腾。一开始,在2018年11月26日,当它着陆时,就经历了降落火星的「死亡7分钟」。火星大气层虽然稀薄,但在当时,依然能将洞察号的防护罩加热到1400摄氏度,在大气摩擦力下,洞察号的速度将从约5500米/秒降至约380米/秒。

这时候的火星上空,洞察号打开了它的巨型降落伞,丢弃掉已经热到破损的隔热板,在漫长的通向火星的旅途中,它第一次伸出三条机器腿,使用雷达探测与地面的距离。

就像它的英文名「insight」那样,火星第一次直接出现在它的感知里。

但当它向火星坠落时,超过300米/秒的速度还是太快了。没有任何探测器能在这样的速度下幸存。在洞察号去往火星的前两年,欧洲航天局就曾向火星发射了斯基亚帕雷利探测器,最后,斯基亚帕雷利由于减速失败,一头撞上了火星,只留下了一个直径约15米的陨石坑。

所以,在这一刻,洞察号选择继续丢弃了保护核心部件的外壳。同时,点燃了安装在底部的12枚逆向火箭。

火箭向地面的方向喷射火焰,洞察号进一步减速,速度最终降至约2米/秒,这才终于降落在火星表面上。NASA的科学家形容,这远比让一颗鸡蛋自由落体到地面且不碎裂更难。终于,它降落在火星「极乐世界」区域的一个平坦陨石坑里,开始了它的任务。

在人类仰望星空的梦想里,地球的「兄弟行星」火星,一直是理想的目的地。但从地球飞往火星,却是一条漫长且凶险的旅途。火星与地球的距离变化极大,近的时候大约5500万公里,最远的时候能达到4亿公里,在过去的几十年时间里,人类一共向火星发射了大约50次探测器,成功率只有约一半。但梦并没有被这些失败打败,洞察号的着陆,意味着它成为了第7个成功降落火星的NASA探测器。

而比起它之前的六个前辈,这一次,洞察号的着陆,更显示出一种人类的浪漫和温情。2018年12月1日——着陆后的第五天,探测器的麦克风录下了火星上的风声,那是一种仿佛遥远战鼓般的「隆、隆、隆」的声音。

这是人类第一次听到火星上的风声。

 

洞察号第一次帮人类听到火星上的风声(戴上耳机效果更佳)


行星的心跳

但耗费如此多心血,历经几千万公里,花费近十亿,肯定不是只为了去听火星上的风声。

听到风声,实际上,只是洞察号为了听到火星心跳的第一步。为了准确地监测地震波,必须过滤掉杂波,而风带来的地面的震动,是最主要的杂波之一。

作为人类有史以来第一个希望深入研究火星内部的探测器,洞察号携带了一个像倒扣的锅一样的地震计,像听诊器一样扣在火星表面上,试图探听火星的心跳。

在2019年初的时候,洞察号在几个星期时间里,一直在寻找适合摆放这个地震计的位置。它有一个机械手臂,手臂像人一样,拥有五根手指,抓着地震计移动位置。安装在洞察号正面的摄像头,时刻注视着这一切。

但远在地球的NASA科学家发现了一个令他们有点不安的事实:随着时间推进,洞察号的摄像头上仿佛覆盖了一些灰尘。好在,这并不影响观察。

终于,位置找好了。但这时,又面临着新的问题。火星上温差大,早晚相差94摄氏度。这样的温度,会让地震计内部的灵敏弹簧因为温度而发生扩张或者收缩,影响监测数据。

所以洞察号再一次伸出了手。它抓着一个六角形的更大的「锅盖」,盖在了这个地震计上。「锅盖」主要起到保暖作用,其中的保暖毯可以让温差进一步缩小。而地震计本身,也携带了一个校正火星温度的调节器,这个调节器被真空密封在一个钛球内部。

但这双重保障还是不保险,洞察号又再一次拿出一个更大的「防风」圆形锅盖,盖在这个六角形锅盖上面,至此,三重防护之下,地震计终于部署完毕。其精确程度,哪怕你在火星的几百米远外跺个脚,它都能听到。接下来就是静静等待,倾听火星的心跳。

火星

按照计划,洞察号将在火星上执行约728天的任务,略多于一个火星年(一个火星年约等于两个地球年)。由于洞察号是个固定探测器,并不像它的前辈「机遇号」和「勇气号」那样,拥有能够四处探险的轮子,这意味着,它只能孤独地停留在原地,一刻不停地倾听。

实际上,洞察号的任务时间远超出初步预设的时间,它执行了相当于原计划两倍的时间。从2019年4月,洞察号第一次听到火星的地震算起,到2022年12月之前,它一共听到了480多次的火星地震,并且收集了所有火星表面任务中最全面的天气数据。

在太阳系演变的时间尺度中,曾有那么一段时间,火星和地球的表面非常相似。两者都有着温暖潮湿的天气,都拥有厚厚的大气层。然而,三四十亿年前,两颗行星走向了截然不同的道路。如果说,我们这个蔚蓝的星球是宇宙中一次美妙的意外,那么,火星,则走向了极致的荒凉,成为了一颗生锈的红色星球。

这也是洞察号倾听火星心跳的意义——研究火星的深处是由什么构成的,以及火星内部分为几个层次。更为关键的,在感谢地球为人类留住了恒温的同时,科学家们无比想弄明白一件事,热量从火星中渗出的速度究竟有多快,从而探索宇宙中生命的起源。

在洞察号发送回的数据中,NASA的科学家们还发现了一件令他们费解的事:作为一个较小的行星,火星的地震非常频繁,但在2019年到2020年的时间里,他们并没有检测到一次超过4级的地震。而没有更大规模的地震数据,就不足以探听到更深处的地层。

换句话说,洞察号极有可能降落在了一个错误的火星时段里。很不巧,它赶上了一个平静的火星。

洞察号背着地震仪的保护罩

鼹鼠遇阻

火星的平静,还不是最令人沮丧的问题。

洞察号一直在卖力工作。除了地震计,它还携带了另一个别出心裁的热探测装置——鼹鼠(mole)。从外表看上去,鼹鼠更像是一个40厘米长的金属棍子,它的使命,与锅盖一样的地震计同等重要。它要钻入5米深的火星地表,测量火星的内部热量,从而能够计算出火星形成后剩余的能量。

这是人类第一次尝试用温度计给火星内部量体温。

但这一过程却遭遇了意料之外的阻力。按照原来的设计,鼹鼠能像一根钉子一样,依靠内部锤击带来的震动,钻入松软的火星表层土壤。

2019年2月28日,安置完地震计之后,洞察号释放鼹鼠,开始了第一次锤击。刚开始的几十厘米,一切还是顺利的。火星之所以呈现出红色,是因为其土壤中含有大量被风化的氧化铁,在科学家的研究中,这种土壤密度低,比较松软。很快,鼹鼠40厘米的身子就没入了土壤中。

但很快,鼹鼠发现自己被卡住了。洞察号发现,这里的土壤与火星其他地方的土壤不同。它竟然降落在了一个异常坚硬和厚实的土壤板结区域,它所试图深入的地方,尽管不是岩石,但几乎是一个土壤形成的胶状物。

鼹鼠的钻探,依赖与土壤的摩擦力,但如果失去了摩擦力,在它自身的锤击下,它将直接弹出火星表面。

2019年的夏天,是火星上一年中风沙最大的时候。洞察号想出一个办法,用自己机械臂上的铲子压在鼹鼠的顶端,防止它弹出来。这个操作必须十分小心,因为鼹鼠顶端有一根脆弱的与洞察号连接的线,用来传输数据和电量。在火星上,失去电量,就相当于死亡。

2019年10月,是鼹鼠最为努力的一个月。各种办法,洞察号几乎都尝试了一遍——用铲子挖土,然后倒在鼹鼠周围,试图让鼹鼠周围的土壤更具摩擦力,失败了;又采取别的其他的角度,但鼹鼠完全卡入土中,依然失败;想把坑挖塌,还是失败了……

这些天里,鼹鼠一共尝试了约220次撞击。在最后的一周里,在洞察号机械臂的帮助下,它艰难地又往下挖掘了2厘米。为了这短短的2厘米的前进,它历经了整整11个月。

机械臂终究不是人类的手,它能做的太有限了,那块下方半米处的胶结状土壤,成为了鼹鼠能深入的最后的终点。

这样的挖掘深度,能够让科学家们研究土壤的热性质,但他们想更深入测量火星内部热流的愿望,落空了。但洞察号作为先驱者,它的努力,也为未来任何试图挖掘火星地下的人类或机器人,探索出了一条道路。

鼹鼠挖掘出现问题,洞察号用机械臂帮助

红尘的吞噬

但更坏的消息是,这所有的探测和努力,都需要消耗电力。

电力就相当于探测器的生命。洞察号的两位前辈——机遇号和勇气号,就是因为电力枯竭而死亡的。2003年6月发射的勇气号,于7个月后抵达火星,由于太阳能电池板上的灰尘阻挡了阳光吸收,勇气号一度接近死亡,结果2005年和2009年两次被火星上的大风吹散了尘埃,电力得以恢复。

就这样,原计划工作寿命只有3个月的勇气号,一共工作了2208个火星日,行驶了7.73公里,第一次帮人类找到了火星上曾有水存在的证据。

作为勇气号兄弟版本的机遇号,它跋涉得更远。2018年5月,火星出现了一场席卷半个火星的超级沙尘暴,遮天蔽日的沙尘暴下,机遇号失去光照,电力逐渐消耗。

一个月后,机遇号彻底失去应答。它为人类整整工作了14年,死亡前,它发送回最后一张照片,照片传到一半,机遇号就没电了。照片里,是漆黑一片的暗淡天空。超出所有人的意料,它行驶了45.16公里的距离,是人类在火星上跑的最远的火星车。

如今,洞察号正在面临与前辈们相似的命运。洞察号最开始摄像头上的灰尘,可能就昭示着这个不祥的未来,从给自己拍摄的照片中可以看到,2019年刚刚降落不久时,洞察号的两个圆形的2米直径的太阳能板,还能亮到反射出深色的光,到了2020年,再拍摄照片时,红色的火星灰尘,逐渐覆盖满整个太阳能板。它的太阳能转化效率,一度降低到不足原来的三分之一。

由于无法移动,它只能静静等待火星灰尘的覆盖和吞噬。

三年后,洞察号几乎被火星红尘吞噬

但远在地球的科学家们从来没有哪一刻放弃拯救它。他们在地球建造了一台与洞察号一模一样的探测器,取名为远见号(foresight),并且,用未经加工的石榴石和硅藻土,模拟出了火星表面的土壤,再利用AR设备,搭建出与洞察号所处的地点一模一样的环境。

从这个意义上说,洞察号或许并不孤独,它还有一个孪生兄弟。

科学家们做这一切,是为了确保洞察号仅剩不多的电力能够得到最大的运用。每一条发送给洞察号的指令,都在地球上的远见号上,模拟了无数次。

甚至,科学家们还创造性地想到,用机械臂铲土,把土倒在洞察号的太阳能板上,冲刷掉了一些灰尘,短时间恢复了一些电力供应。

地球上,洞察号的兄弟——远见号

但长远来看,洞察号的电力枯竭是迟早的事。

2022年5月4日,地球的深夜时分,火星上发生了一件令接近枯竭的洞察号为之一振的事件,一枚陨石撞击了「乐园世界」区域,引发了4.7级地震,这时洞察号听到了火星最强有力的心跳,它带来了大约十个小时的如海浪般的地震波,是2021年里最大地震能量的5倍以上。

地震的回响,几乎让洞察号的地震计饱和。此时,已经是它降落火星的第四年,在生命终结前,它终于等到了火星上这次堪称奇迹般的心跳。

科学家也因此做了一个艰难的决定,如果节省电力,洞察号或许能再多坚持一段时间,但这次地震,只能让洞察号全力工作。

终于,2022年12月11日,洞察号用仅剩的电力,拍摄了它生命里最后一张照片。最后的时刻,它仍然注视着地震计。

十天后,它在NASA官方号上发布了一条告别信息:「我的电量真的很低,这可能是我能发送的最后一张图片了。不过不要为我担心: 我在这里的时间既富有成效又平静。如果我能继续和我的任务小组联系,我会的——但我很快就要卸任了。谢谢你们的陪伴。」

洞察号发回的最后一张照片


参考资料:

[1] 2022 Los Angeles Times,As NASA's Mars InSight mission comes to an end, JPL engineers say farewell to its twin

[2] 2022,NASA retires InSight Mars lander mission after years of science

[3] 2022,Brown University,NASA's InSight hears its first meteoroid impacts on Mars

[4] 2022,University of British Columbia ,NASA's InSight lander: The lonely fate of a robot on Mars

[5] 2022,Jet Propulsion Laboratory,NASA's InSight gets a few extra weeks of Mars science

[6] 2022,NASA's InSight enters safe mode during regional Mars dust storm

[7] 2022,InSight is meeting the challenge of winter on dusty Mars

[8] 2022,Mars InSight lander to push on top of the 'mole'

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