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Feb. 23 2019

火星探測車「機會號」功成身退,成就斐然!

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  • 火星探測車「機會號」功成身退,成就斐然!

機會號火星探測車的壽命比原本的計畫延長了50倍之久,它不但在科學上帶來突破性的進展,也啟發了新的世代。

在這張藝術家想像圖中,美國航太總署(NASA)的火星探測車(Mars Exploration Rover)正在火星地表工作。「精神號」(Spirit)和「機會號」(Opportunity)這兩輛完全相同的探測車在2003年發射前往火星,並在2004年1月先後降落在火星地表上的兩個不同地點。ILLUSTRATION BY NASA, JPL/ CORNELL UNIVERSITY

美國航太總署的機會號探測車在火星地表漫遊超過14年後,終於陷入沉寂,為這趟外星關鍵任務畫下句點。

美國航太總署近日在加州帕薩迪納市(Pasadena)噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)舉行的記者會上,正式向2004年1月25日登陸火星的機會號探測車道別。在它登陸火星的時候,Facebook和iPhone都還未誕生,有些目前負責此項計畫的科學家甚至高中還沒畢業呢!這輛探測車在火星所待的時間不但破了紀錄,行駛的距離超過45公里,還首度發現這顆紅色星球的表面過去曾有液態水存在的明確跡象。

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「機會號和其他眾多太空探索任務比起來,與人類的情感連結更為深刻,因此要和它說再見就更為困難了。同時,我們得好好記得它的非凡成就──我們共同完成了歷史性的探索任務,」火星探測車任務的計畫負責人約翰.卡拉斯(John Callas)說道,「我覺得在短時間之內,人類很難再超越這個任務的成就了。」

從2018年7月之後,一場相當嚴峻的沙塵暴不但遮蔽了火星的天空,也讓機會號的太陽能板蒙上了一層厚厚的灰塵,美國航太總署就再也沒有收到機會號傳回的訊息。起初,研究團隊並未因此放棄,因為每年的11月到來年的1月,火星上會吹起強烈的季風,將機會號太陽能板上的沙塵吹散,這也是為什麼一開始機會號能夠持續運作這麼久的原因。但隨著「探測車清潔季」的到來,機會號仍然沒有送回任何訊號,探測車甦醒的可能性變得極為渺茫。

↑↑↑↑↑101科學教室:紅色星球

今年1月25日,研究團隊向機會號發送了一連串的最後修復指令,希望探測車是因為天線故障或是內部時鐘出錯這些可能性極低的原因才導致休眠,結果還是沒能讓機會號甦醒。

如今隨著火星的秋天和冬季來臨,美國航太總署表示,機會號將永遠停頓在一處狂風肆虐的山谷之中──為了表彰機會號的堅韌毅力,我們將此處命名為毅力谷(Perseverance Valley)。

機會號探測車在2014年3月拍攝了這張自拍像。季風會規律地將太陽能板上的灰塵吹拂乾淨。PHOTOGRAPH BY NASA, JPL-CALTECH/ CORNELL UNIVERSITY /ARIZONA STATE UNIVERSITY

此項宣告正式為屢破紀錄的「火星探測車任務」畫下句點。這項任務包括建造和運作機會號和它的攣生兄弟──精神號,若是依照原本的計畫,兩輛火星車設計的運作里程不到1.6公里,工作時程則只有90到100個火星日。但它們努力的成果,遠超乎任何人的想像。精神號自2004年1月4日登陸火星之後,一直在崎嶇的地表上勤奮向前邁進,直到2009年陷入沙地,並在2010年進入休眠。同時,機會號行駛的總里程,遠超過我們送往任一顆星球的探測車,更是超過了其他火星探測車的行駛里程總和。

「這項任務實在是無與倫比,不是嗎?」機會號的前任駕駛員邁克.塞伯特(Mike Seibert)在郵件中這麼寫道,「我很期待將來有一天機會號所創下的紀錄被打破,因為這代表我們探索太陽系的腳步並未就此停歇,我也希望能向未來打破此紀錄的團隊道上恭賀之意。」

「我一直覺得,像機會號這樣的探索任務,有兩種最好的道別方式,」長期擔任該任務主要計畫負責人、康乃爾大學(Cornell University)的行星科學家史蒂夫.斯奎爾斯(Steve Squyres)說道,「其中一種方式很簡單,是探測車因為持續運作而損耗報廢;另一種方式是因為受到火星的影響而停止運作。機會號在火星行駛了14年半的時間,終於在幾十年來數一數二嚴重的沙塵暴中停擺,如果這是它離開舞台的方式,我們大可沒有任何遺憾地昂首離去。」

奇蹟般的火星任務

機會號前往火星的旅途,就像這顆紅色星球上的山巒一樣既起伏又坎坷。任務核心團隊花了超過十年的時間,不斷向美國航太總署提交申請書,卻未獲同意。直到2000年初,美國航太總署才總算通過了兩輛火星探測車的任務計畫。但歡欣鼓舞的情緒​​很快就變成了慌亂緊張:團隊原本計畫用來製造兩輛火星探測車的時間至少要48個月,結果施工期限被壓縮僅剩34個月。

在與施工期限賽跑的同時,工程師也一直嘗試著全新的製造方案。火星探測車的前輩──「拓荒者號」(Pathfinder)任務的著陸裝置和火星車是分開獨立的。而噴射推進實驗室這次打算將所有登陸器的裝置都與火星車整合,這讓新一代的火星車能比拓荒者號擁有更高的自主性。

兩名工程師站在噴射推進實驗室所開發的三代火星車旁。中間是1997年登陸的火星探測車旅居者號(Sojourner)的備用品;左側是與精神號和機會號同時生產的工程樣品;右側則是下一代火星探測車好奇號(Curiosity)的測試樣品。PHOTOGRAPH BY NASA, JPL-CALTECH

「大家跟我說,機會號能夠堅持這麼久真的是奇蹟!但我更想說,機會號能夠趕到佛羅里達州就已經是奇蹟了。」斯奎爾斯指的是機會號的發射地──佛羅里達州的卡納維拉角(Cape Canaveral),「因為我們要建造的這輛火星車和先前完全不同,而任務時程實在是太過於嚴苛了。」

團隊在計畫負責人彼得.泰辛格(Peter Theisinger)的領導下,日以繼夜合作趕工,試圖順利完成製造探測車的任務。噴射推進實驗室的計畫副經理珍妮佛.崔瑟波(Jennifer Trosper)親自領導系統工程師,回想起當時的孜孜矻矻的場景,彷彿就是在全體總動員似的。大夥兒不分晝夜地對硬體和軟體進行測試,每天八小時三班制、每天24小時、一週七天從不停歇。就連兩輛探測車在進入太空前往火星的途中,工程師仍然不斷發送軟體的更新程式。

「我們必須時刻保證探測車的穩定與完整性,」崔瑟波說道。

探測車登陸火星之後,工程師仍然不斷進行系統更新的工作。沒想到在精神號登陸成功後的第18個火星日後,崔瑟波的團隊忽然失去了探測車的訊號。一連數日的沉寂,讓人不禁擔心起最壞的結果,畢竟造成精神號失聯的原因,也可能會發生在機會號的身上,更何況當時機會號還在前往火星的旅途中。好在團隊及時找到了系統錯誤的原因,加以修正,並將更新的程式送往飛行中的機會號。2004年1月25日,機會號順利登陸火星地表。

「我們勤奮工作,設計穩妥,謹慎地處理一切,而這些工程上的成就將永遠流傳下去,」崔瑟波說道,「看到機會號結束任務,讓我非常難過。能有它在火星馳騁的日子,真的很不錯。哇!機會號真的是輛非常棒的探測車。」

2004年8月,機會號緩慢地駛入堅忍撞擊坑(Endurance Crater),發現撞擊坑底部竟有一片吸睛的沙丘。此幅影像的色彩與真實的顏色相近。PHOTOGRAPH BY NASA, JPL-CALTECH/ CORNELL

2006年9月27日是機會號登陸火星的第951個火星日,這一天它首度抵達直徑800公尺的維多利亞撞擊坑(Victoria Crater)周圍。這張影像是由火星偵察軌道衛星(Mars Reconnaissance Orbiter)所拍攝。 PHOTOGRAPH BY NASA, JPL-CALTECH/ UNIVERSITY OF ARIZONA/ CORNELL/OHIO STATE UNIVERSITY

贏得頭彩

起初,研究團隊認為兩輛探測車登陸火星之後,會因為沙塵累積在太陽能板上的緣故,僅能運作不到90個火星日,但科學家沒想到火星上的風力足以清除太陽能板上的積塵。探測車隨著每次季節更迭,竟都煥然一新,它們在火星上漫遊的時間遠超過任何人所能想像,現在更留給科學界一段出類拔萃的傳奇故事。

數十年來,美國航太總署的火星計畫,不管是登陸火星表面的探測器,或是軌道上的人造衛星,都以「尋水」為目標。但精神號和機會號首次發現了火星曾經長時間擁有液態水的明確證據。此外,這兩輛探測車也讓我們知道,這顆紅色行星遠比我們所想像的更為複雜多變。

「當探測車總算成功著陸在火星地表的時候,我有了這樣欣慰的想法,我們有天能輕鬆地靠在椅背上,抱著雙臂輕鬆地說,嘿!我們搞定了,一切盡在掌握之中,」斯奎爾斯回憶道,「我們遠遠低估了火星的神秘之處。」

機會號一開始就在科學成就上贏得了頭彩,科學家所選擇的登陸地點,讓機會號找到了液態水曾經存在地表下方,且在久遠之前更曾在表面大量流淌的確切證據。不過,機會號停靠的第一個地點曾經擁有的水,可能不是一窪平靜的湖水或是池塘,而更像是一池硫酸。

在機會號登陸火星的第一個十年左右,幾乎一直在研究原始酸性溶液的殘留物。一路上,它駛入隕坑之中,檢查當初登陸火星時隔熱罩所留下的撞擊坑,以及在火星表面探尋未經觸動的隕石。

2011年,機會號抵達奮進號撞擊坑(Endeavor Crater)周圍的環形山進行研究,這裡的岩石比第一個停靠點更為古老,有些更是我們在火星上所能研究最古老的地層,裡頭留有的粘土礦物和石膏顯示,在40億年前,火星表面到處都是中性的液態水。

「如果回到15年前,當時我們甚至不清楚火星表面是否曾經存在液態水,」任務的副計畫科學家阿比蓋爾.傅雷曼(Abigail Fraeman)說道,「但精神號和機會號給了我們肯定的答案,證據顯示火星過去的氣候和現在截然不同,這讓我們得以更進一步深入追尋更複雜的謎團。」

機會號在前往堅忍撞擊坑的途中,為自己的影子留下的紀念照,因此有了這張戲劇性的影像。影像拍攝的日期是2004年7月26日,當時機會號的火星之旅恰好達到原計畫時程──90個火星日的兩倍。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH

2014年8月15日,機會號在火星之旅的第3754個火星日,回望奮進隕石坑西側的環形山,拍下疲憊的車輪碾壓後的胎痕,紀念這趟前所未有的火星探測之旅。PHOTOGRAPH BY NASA, JPL-CALTECH/ CORNELL UNIVERSITY/ ARIZONA STATE UNIVERSITY

成長中的「火星人」

精神號和機會號大獲成功,不僅為接下來的火星探測任務做足了準備,也讓人類更熟悉這顆紅色星球的魅力。火星上遍布著大量被風刻蝕的山脈和山谷,和地球上許多地方的地景更可說是多所類似。

這兩輛火星探測車有點擬人化的設計,讓我們更容易跟它們產生連結,一同遊歷火星。無論是啤酒廣告還是樂高玩具,都曾有它們的身影出現,這讓社會大眾彷彿共同參與了探測車的旅程,探測車計畫團隊的未來成員也是如此。當機會號登陸火星時,傅雷曼還在高中就讀,那個晚上她甚至很幸運地前往噴射推進實驗室,參加探測車登陸的推廣活動。

「事實上,我從高中開始就已經下定決心,這就是我將來想從事的工作,從那個時候到我接受訓練成為探測車任務的一員,這一路上所發生的點點滴滴實在是太神奇了。」她這麼說道。

探測車的資深駕駛員海瑟.傑斯提斯(Heather Justice)也認為機會號是太空探索的經典之作。當她還在馬里蘭州讀高中時,就看過關於火星探測車的紀錄片。

「在我這樣的年輕人看來,讓探測車能夠在其他星球表面行駛,是美國航太總署最偉大的成就之一,」她說道,「我到現在還不敢相信我有多麼幸運,能成為火星車的駕駛員。」

在精神號任務已經終止,但機會號仍繼續前行之際,計畫相關人員之間的關係也愈發緊密。計畫科學家的兒女總是聽到他們的爸媽把機會號掛在嘴邊,就好像它是個遠房親戚一樣。火星車的駕駛員也因為相處的時間夠久,幾乎都能讀懂彼此的心思。

「大家開始變得很熟,直接用名字互相稱呼,」塞伯特說道,「接著我一一看著團隊成員有的人拿到公民權,有的人結婚了,有的人回到學校,有的人畢業了。人生許多令人難忘的階段都在這裡上演著。」

如今,團隊還有六個月的時間來整理歸檔任務所得到的資料,對有些人來說,有好幾十年的時間,火星探測車已經成為他們生活中不可或缺的一部分,這時總算到了可以放鬆一下的時刻。

「機會號的運作成員一定還有些話想說,哇!這或許是我最後一次和其中某些人共事了,」亞利桑那州立大學(Arizona State University)的行星科學家、同時也是機會號研究團隊的成員之一譚雅.哈里森(Tanya Harrison)這麼說道,「我覺得到時候大家一定會哭得一蹋糊塗。」

傳奇永存

雖然機會號的使命已經抵達終點,但人類對火星的研究和探索卻未曾結束。好奇號(Curiosity)探測車仍在火星表面繼續前行,還有好幾艘火星軌道衛星和洞察號(InSight)登陸器也在持續運作。歐洲和俄羅斯的太空機構正在合作發展火星探測車,並在最近以X射線晶體學先驅羅莎琳.富蘭克林(Rosalind Franklin)的名字為其命名。很多參與過精神號和機會號任務的前輩,正在為即將發射的火星2020(Mars 2020)探測車任務努力,這輛探測車將試圖搜尋古早火星生命所留下的痕跡,並且儲存岩石樣本,等著將來有天能將它帶回地球。

同時,機會號將在火星上屹立不搖,長久留存數十萬年,成為科學史上重要的紀念碑,甚至是未來登陸火星探勘者致敬的聖地。或許在將來的數十年內,人類將親自登陸子午線高原(Meridiani Planum),也就是機會號的著陸地。包括塞伯特在內的有些科學家和工程師都已正式提議,讓將來人類火星計畫的太空人在此著陸。

「後來登陸火星的人類,如果能夠親眼見到我們先前派遣的探測車,」哈里森表示,「那一定會是個令人激動的時刻!」

 

撰文:Michael Greshko

編譯:邱彥綸

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