第356期

火星,你好嗎?

2020年7月30日當地時間7:50分(格林威治時間11:50分),美國國家航空暨太空總署(NASA)新一代火星探測車「堅毅號」從佛羅里達州的卡納維爾角空軍基地升空。這是NASA第五次火星探測任務,也是人類第一次在火星表面使用無人機飛行。而早先,阿聯酋的「希望號」和中國的「天問一號」分別於7月20日和23日發射,開始7個月飛向火星的航程。

火星,你好嗎?

記者 傅思瑜 報導  2021/04/04

20世紀60年代的太空競賽下,人類擺脫地心引力沒多久便開始探測火星。目前各國總計實施了44次火星探測任務,成功率55%;其中17次嘗試著陸火星,只有9次均由美國執行成功。 然而,人類仍不懈地派遣各種探測器,包含今年目標登陸火星的「堅毅號」和「天問一號」,為什麼火星對人類有此吸引力?

雖然火星半徑只有3390公里(約為地球的53%)但是卻擁有太陽系最高的火山—— 奧林帕斯火山(Olympus Mons,圖左)與最大的峽谷──水手號谷(Valles Marineris,圖右)。(圖片來源/NASA

為什麼是火星?

火星是目前已知較接近地球,人類科技能抵達且環境與地球最類似的星球。除了具有與地球相仿的四季遞嬗和24小時37分的自轉週期之外,更關鍵的是:經年累月的研究探測顯示火星很可能有水,因此值得我們去探討火星曾經存在生命的可能性。

2000年,科學家在一塊來自於火星的隕石上檢測到微生物的痕跡;NASA首席科學家葛林(Jim Green)說:「有水就可能有生命。」而2001年火星奧德賽號和後續的精神號、機會號、好奇號成功在火星表面發現了古代水活動的證據。在探索與發現的激盪下,儘管目前火星不適合人類居住,但人們開始期待:未來科技進步發展的某一天,人類能移居至如今荒蕪的沙漠火星!因此,認識火星不但對於分析地球生成和生命起源有重大意義,也開啟人類拓展生存領域、移民火星的奇想。如今,我們的下一步便是:確定火星是否曾有生命存在。

火星不完全是乾的!從火星軌道攝像機的長期觀察紀錄,科學家們發現火星牛頓撞擊坑(Newro Crater)上的「溝渠」,疑似由地下水滲出而形成。(圖片來源/NASA’s Mars Explration Program

新發現與任重道遠的訪探

去年8月,美國亞利桑那州立大學(Arizona State University)的科學家們分析了10276 個火星山谷,並與地球上各種由河流沖刷或冰川侵蝕的山谷比對之後,在《自然》(Nature)期刊發表的研究中,對於火星山谷的形成提出了不同過去的新見解──能侵蝕地表的不只有河川,冰也會,火星上的這些山谷是被冰切割出來的!

這群科學家發現:火星上被切割出來的山谷樣式,類似於地球上受到冰川侵蝕而形成的山谷,因此推測早期火星覆蓋著一層厚厚的冰蓋,冰蓋下的融水和侵蝕活動形成了河流,造就了能作為冰蓋下排水系統的山谷網絡和河道。科學家們也提出另一個假設:冰蓋覆蓋著地表就像庇護所一樣阻擋有害的太陽輻射,有利於火星上可能存在的遠古生物體生存,使生物在這層防護罩下穩定的生活。

肩負著人類尋找這顆遙遠紅色星球上生命證據的期待,「堅毅號」和「希望號」已於今年2月成功抵達火星,而「天問一號」也正在奔向火星的旅程上。這三位星際訪客將取得更多證據以驗證新假設、確定火星是否曾有生命存在,向我們揭開火星地表環境成因與生命的神秘面紗。

設備先進、創行星任務之最的堅毅號。(圖片來源/NASA JPL

堅毅號之「堅毅」

阿聯酋的「希望號」,鼓勵全球數百萬阿拉伯人追求創新;中國的「天問一號」取自屈原創作的長詩《天問》,以此提出腦中疑問,表達個體對真理的執著。NASA的「堅毅號」名字則由28000個提名中脫穎而出,呼應這台火星車之艱鉅任務。

配置23個鏡頭、高畫質紀錄登陸過程的「堅毅號」是第一台採集火星研究物並具有回程燃料的火星車,也是人類第一次在火星表面使用無人機飛行。其主要任務為:一、在充滿風險的星球上登陸;二、從火星的大氣中的二氧化碳產生氧氣;三、採用探測器尋找過去或現在的生物生命跡象;四、描繪地理氣候並挑選、搜集欲送回地球的岩石和沉積物樣本。而建造這輛極其複雜的火星車,甚至被堅毅號飛行系統負責人雷·貝克(Ray Backer)視為他在工程生涯遇到最困難的事。

此為2/18堅毅號登入火星回傳的第一張照。選擇的登入點為在伊希迪斯平原(Isidis Planitia)西部的邊緣、寬達45公里的巨大盆地——傑澤羅隕石坑(Jezero Crater)。(圖片來源/NASA’s Mars Explration Program

成功登陸火星後的堅毅號

NASA「堅毅號」已在2月18日抵達火星並成功著陸。儘管登陸後到公開生命探索的發現結果仍需至少兩年,不過此次特別專訪美國德州理工大學電機工程博士畢業,目前任職於NASA噴氣動力實驗室(JPL) 工程師劉登凱,希望提供迫不及待的讀者最新進程。

劉登凱博士曾參與NASA九次的太空任務,包含此次火星2020登陸計劃。他表示,堅毅號上的基本儀器和新軟體正如火如荼地測試中,三月初的兩次火星車測試結果相當滿意,累積行駛71公里,而照相機回傳的高清照片、360度全像環景圖,不論是原始圖像或經科學處理圖像都會陸續在網站上公開。

一直以來主要負責太空設備系統設計的劉博士,也很期待此次能透過堅毅號更了解如何在火星上「操作」遠端操控的技術,像是:如何駕駛火星車?如何操作火星車的手臂去撿石頭?如何操控無人機?畢竟在大氣密度僅1%空氣稀薄的環境下,在火星空中移動相當於在地球海拔 30 萬公里處飛行,1.9公斤火星直升機約 1.2 公尺長的旋翼轉速需達 2,400~2,900 RPM 才飛得起來,比傳統直升機還要快 10 倍。

對於大家期待,也是人類首次在地球以外的行星飛行的無人機「創新號」,雖然目前還未測試其在火星上的運作,但劉博士預計清明假期後將會試飛。因應火星稀薄空氣下飛行的高速需求與極大的日夜溫差(夜間溫度可以降至零下 90℃),直升機上的機件需要忍受劇烈溫差帶來的熱漲冷縮效應,研究人員則需克服挑選材料的巨大挑戰,並操作直升機的升空轉向,如果屆時它能於火星空中成功飛行,著實為一大了不起的成就。

人類首次使用無人直升機「創新號」在地球以外的行星飛行!有助於探測火星地形。(圖片來源/NASA JPL

移民火星?永遠有可能性!

火星是否存在生命?秉持著「幾分證據,說幾分話」的劉博士表示:「雖然從火星軌道觀測近二十年的拍攝,觀察到火星現今有地底滲出液體的痕跡,不過我自認人類對生命的了解還不夠透徹,只能說有水代表生命的可能性『很大』,但是現今火星存在生命的機會低。」

最後談及SpaceX公司的火星殖民飛船開發計畫以及人類移民火星的可行性,劉博士說:「火星目前不適合人居住,現階段論及『移民』仍屬言之過早。」但同時表示:「永遠有可能性!」他也分享自己大半輩子探索太空下體悟出的人生三大生存法則:堅持、不要臉和堅持不要臉。常常我們做一件事,可能所有的人都反對,這時候就要「堅持不要臉」,事情才有可能有做好做對的一天。以此鼓勵台灣後輩們更活潑、更具好奇心、更敢發問。(延伸閱讀:一起離開地球表面

劉登凱博士曾參與NASA九次的太空任務,包含此次火星2020登陸計劃,透過視訊興奮地報告登陸火星後堅毅號的近況。(圖片來源/傅思瑜截圖)

儘管對於電影「絕地救援」(The Martian)中植物學家馬克・沃特尼(Mark Watney)在火星上成功種出馬鈴薯幼苗,人類移民、開墾火星的願景與期待還言之過早,我們仍可以抱持希望,不用浪費太多時間去做白日夢,一步步去做就對了!

 關鍵字:火星冰球、NASA、堅毅號、希望號、天問一號、無人機創新號

縮圖來源:傅思瑜製

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