红星中心之旅：美国宇航局的“洞察”号着陆器揭开火星内部的秘密

美国宇航局利用地震调查、大地测量和热传输（InSight）任务进行的内部探测旨在改变这一状况。“洞察”号将于美国东部时间周一（11月26日）下午3点左右（格林尼治标准时间2000）着陆，在“6分钟恐怖”着陆中，你可以跟随它在太空生活。此后不久，登陆器将开始在火星表面下寻找火星内部的秘密。

大约45亿年前，我们太阳系的八大行星形成。这八颗行星都是由围绕年轻太阳运行的岩石、冰和碎片组成的一个团团状圆盘形成的。快进到现在，我们现在看到了内行星和外行星之间的明显区别。类地行星（水星、金星、地球和火星）都有致密的岩石结构，只有一个能够维持生命。木星（木星、土星、天王星和海王星）都是主要的气体，膨胀到巨大的体积。不过，天文学家仍然无法回答的问题是，这些类地行星是如何形成和演化的？[美国航天局的洞察火星着陆器：全覆盖]

美国航天局的洞察火星着陆器及其科学仪器的示意图，以查看红色星球内部。（NASA/JPL Caltech-Adrian Mann/Tobias Roetsch/Future Plc）

多亏了现代科技和坚持不懈的努力，天文学家们在对我们最近的邻居之一火星进行广泛探索的过程中试图回答这个问题。然而，以前的任务只能触及表面。在着陆器、漫游器和轨道器在干燥多沙的地表上对水的追逐，或是被设计用来研究行星微小的大气层之前，洞察号正在深入探索未知领域。通过对地面的仔细观察，天文学家将更全面地了解这颗红色行星的内核、地幔和地壳。

“任务的目标是首次绘制火星深部内部的结构和热状态图，为了利用这些信息更好地了解包括地球在内的类地行星的早期形成过程，美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的InSight首席研究员Bruce Banerdt向大家介绍了太空，

原定于2016年3月发射，2015年12月，“洞察”号在着陆器的一个关键仪器中发现真空泄漏，遭遇重大挫折。但任务小组成员修复了漏洞，并在下一个可用的机会，即2018年5月，向红色星球发射了“洞察号”。（火星和地球每26个月对一次行星际任务有利）5月5日，

洞察号在加利福尼亚范登堡空军基地的联合发射联盟阿特拉斯五号火箭上升空，成为有史以来第一次从美国西海岸发射的行星际任务。洞察号和两个自由飞行的立方体卫星，被称为马可-A和马可-B，然后经历了6.5个月的旅程，朝着一个比地球更红、更干燥、约占世界一半大小的行星前进。[发射照片：美国航天局的InSight火星着陆器在Atlas V火箭上爆炸]

美国航天局的InSight火星着陆器在这幅2018年11月26日在红色星球着陆的艺术家插图中着陆。（Adrian Mann/Future Plc）

从这里开始，InSight终于可以加入到它的NASA前辈中，因为它发现了明确的重要和革命性的结果，如果一切按计划进行的话。（公文包大小的马可-A和马可-B有着不同的命运；这两人的主要任务是展示立方体卫星可以探索星际空间。两人将尝试在着陆器着陆期间发射“家庭洞察”数据，但这项任务并不重要，因为美国航天局火星轨道飞行器也将这样做。马可-A和马可-B将在周一变焦，他们的任务将在不久后结束。）

当美国宇航局在1971年发射了第一个成功的轨道飞行器“水手9号”时，它成为第一个绕另一个行星运行的航天器，发回了7300多张火星表面及其两个卫星的图像。从那以后，人类一直保持着令人印象深刻的数量在轨卫星和表面探测器的误码率，包括最近的和伟大的任务，如火星全球勘测轨道器、海盗1号和2号任务以及勇气号探测器。

美国航天局对登陆和环绕火星运行并不陌生。以下是美国航天局对这颗红色星球的任务。（Nicholas Forder/Future Plc）

还有许多功能正常的访客仍在火星，包括好奇号和机遇号探测器、火星勘测轨道器（MRO）和火星大气与不稳定演化任务（MAVEN）。凤凰号登陆器于2007年8月4日发射升空，在火星表面静止了157天（也被称为sol s，一个sol比一个地球日大约长40分钟），是InSight的设计所基于的任务。

“InSight将使用与2007年凤凰号任务相同的登陆器设计，这给了我们一个经过验证的“着陆和地面系统，而不需要从头开始开发的成本，”班纳特解释说另外，我们将使用火星上的几个轨道器将我们宝贵的数据传回地球。很难夸大早期任务的知识对“洞察科学”的影响。“洞察”号着陆器将位于距火星表面33至43英寸（83至108厘米）的高度，一旦“洞察”号的太阳能电池板展开，其总跨度将达到19.7英尺（6米）。这大约相当于伦敦公***汽车长度的三分之二。总体而言，整个着陆器将重达794磅（360公斤），约占凤凰号着陆器质量的88%。包裹在这个包裹里的是一些最好的和最敏感的仪器来美化地球的土壤，它们至少要在火星上工作一年，大约相当于两个地球年。

在这些仪器开花之前，“洞察”号着陆器需要在它痛苦的进入、下降和着陆顺序。在周一的6分钟内，登陆器必须从以每小时14100英里（22692公里）的速度穿越火星大气层，到达火星表面的死胡同。由于火星的大气层比地球的稀薄100倍，减缓航天器的速度是一项更加困难的任务。为了成功，隔热板将在尽可能少的大气中引起尽可能多的摩擦，从而使隔热板达到极端温度。然后，飞船将展开降落伞，扔掉隔热板，伸出双腿。在着陆器达到合理的下降速度后，降落伞脱落，着陆器底部的12个助推器开始开火。这提供了最后的缓冲之前，它降落在极乐世界平原。火星洞察：美国宇航局探测红色行星核心的任务（图库）

当被问及为什么在洞察任务期间选择普兰提岛作为指定的家园时，洞察着陆场负责人JPL的Matthew Golombek，告诉所有关于太空的事情，这是因为“它满足了登陆和生存火星一年的所有工程限制。它的海拔较低，靠近赤道，在着陆椭圆上平滑、平坦、相对无岩石。

一旦着陆完成，洞察号到达目的地，就可以准备好太阳能电池板和仪器。太阳电池板的绽放是整个任务中最重要的部分，因为登陆器将由较远太阳的不太强烈的光线提供动力。太阳在火星上的亮度大约是地球的一半，这意味着“洞察”号的太阳能电池板需要能够从这些光线中挤出尽可能多的太阳能。一旦它的太阳翼展开，这些仪器就可以展开，火星恶作剧的地幔和地核之谜也可以揭开。仪器部署臂（IDA）将把地震仪、内部结构地震实验（SEIS）和热流探头、热流和物性探头（HP3·）放置在地面上。随着无线电科学研究、旋转和内部结构实验（RISE）的进行，这三个战术小组将处于内部调查。

每一个仪器都经过精心规划和创建，以执行非常具体的任务。SEIS将是40年来第一个到达火星的地震仪，它将监听可能来自于马赛克、陨石撞击，甚至可能是岩浆在红色星球表面深处搅动的震动。事实上，这种火星听诊器非常灵敏，它能接收到比氢原子还小的振动。

“SEIS将由一个机械臂放在地面上，并将“监听”由于地震波从遥远的马赛克穿过地球而产生的微小（纳米级）地面振动，“班纳特说。”对这些波的分析将使我们能够创建一个行星内部的三维图像。

洞察小组还计划与MRO任务合作，该任务将监视陨石撞击。当地震仪探测到陨石撞击时，磁***振成像仪和它细致的高分辨率成像科学实验（HiRISE）相机将侦察出新的陨石坑。

和SEIS一起是一个可以测量行星温度的钻头。HP3将深入火星地壳16英尺（5米）。这仅仅是火星整体地壳的10%，但它的深度足以让天文学家分析来自火星内部深处的热量。地表下流动的热量揭示了这颗行星是多么活跃。在地球上，我们清楚地意识到地壳下有一个岩浆区域在搅动，它驱动着我们的板块，加热着我们的星球。可以将火星内部的热流与地球的热流进行比较，发现两者都是由同一种物质形成的，如果它们不是，那么为什么不呢。

“我们基本上做了任何人在露营时都会做的相同的事，但我们把赌注放在火星上，”JPL的Suzanne Smrekar说，InSight的副首席研究员。

“深入地表可以让我们远离太阳的影响，并且可以测量来自内部的热量，”她补充道“洞察”号将在整个火星年，也就是地球年内记录火星的心跳和生命体征。我们真的有机会了解控制早期行星形成的过程。”

这篇文章是由太空的姊妹刊物《关于太空的一切》提供的，这是一本专门研究天文学的印刷杂志，太空探索和夜空。注册所有关于太空通讯的新闻和订阅详情！关注我们@Spacedotcom或Facebook。“