2026年2月19日
- 2021年2月18日，火星探測車「毅力號」在傑澤羅隕石坑著陸。
- 從技術和科學角度來看，「火星 2020」任務取得了巨大的成功——而且該任務仍在進行中。
- 德國航空航天中心參與了多項關鍵實驗，其中包括兩項。
- 重點領域：太空旅行、火星、行星探測、機器人和探測車儀器
五年來，NASA的「毅力號」火星車一直在探索火星上的耶澤羅隕石坑。它於2021年2月18日著陸於此，此後行進了數十公里，並在耶澤羅隕石坑內完成了大量的研究任務。而它的探索之旅尚未結束。如今，美國太空總署（NASA）及其所有科學和技術合作夥伴正在慶祝這輛辛勤工作的火星車在火星上工作五週年。德國航空航天中心（DLR）參與了「火星2020」任務和「毅力號」火星車的科學任務和關鍵儀器的研發。 DLR貢獻了在火星表面行星探測的開發、校準、資料收集和分析方面多年的經驗。這種緊密的國際合作展現了歐美研究機構如何共同探索火星歷史的根本問題：火星曾經適合居住嗎？是否存在早期生物活動的痕跡？我們能從中汲取哪些經驗教訓，為未來的載人火星任務奠定基礎？
穩步前進－火星上的毅力號
「毅力號」火星車名寓意著堅持不懈，可謂名副其實。在火星表面工作的這些年裡，它已經完成了四次科學考察，目前正在進行第五次。它已行駛超過40公里，並採集了30多個岩石、風化層和大氣樣本。尤其值得一提的是，它對一處古老河流三角洲的沉積扇進行了考察——這種地質環境對於尋找火星上過去微生物生命的痕跡尤為重要。 「毅力號」也探索了火山坑底部、河流三角洲的沉積物，目前位於耶澤羅隕石坑邊緣之外。在那裡，它遇到了一種截然不同的岩石，這種岩石是在39億年前隕石坑形成過程中從火星地殼深處噴射出來的。在過去五年裡，「毅力號」也定期將高解析度影像、光譜和環境資料從火星傳回地球。
火星探測車活動概述
- 採集了33個樣本（岩石、風化層和大氣氣體）
- 行程距離：從隕石坑底部的著陸點出發，穿過耶澤羅三角洲的沉積扇、耶澤羅海岸線區域和隕石坑邊緣，到達尼利平原地區。
- 研究火星地質歷史
- 氣候記錄
- 為深入了解火星這類類地行星的動態起源、演化和宜居性提供資料基礎
- 成功地展示了透過分解火星大氣中的二氧化碳分子來生產氧氣的方法
2021年的著陸堪稱技術傑作：在火星大氣層中經過七分鐘的減速機動後，登陸器利用尼龍繩將重達近一噸的「毅力號」火星車緩緩降落在距離火星表面十公尺的地面上。同樣的著陸操作在2012年「好奇號」火星車著陸時也曾成功完成。
最大的問題：火星上是否曾經有生命存在？
下一步工作——例如，目前暫停但技術上仍然可行的將部分樣本送回地球——預計將在未來幾年進一步闡明這些問題及其他相關問題。 「毅力號」火星車已經在至少一個火星探測地點發現了疑似生物特徵的證據。然而，這只能透過檢驗從該地點鑽取的兩份岩石樣本才能得到證實。
這項為期五年的任務的一大亮點是對一塊被暱稱為「切亞瓦瀑布」的岩石的研究。該研究提供了迄今為止火星上可能存在微生物生命的最有力證據之一：這塊岩石上分佈著淺色的硫酸鈣斑塊，周圍環繞著富含鐵和磷酸鹽的黑色邊緣，形似豹皮。這些物質表明，數十億年前，水環境中可能發生化學反應，孕育了微生物生命。這些斑塊很可能是風化層中赤鐵礦等鐵礦物轉化形成的化學過程的結果。地球上也存在類似的反應和模式，通常被解釋為微生物的化石遺骸。儘管這被認為是迄今為止在火星上發現的最強生物特徵之一，但這並非生命存在的最終證據。這些斑塊也可能是由純粹的地質過程而非生物過程形成的。
德國航空航天中心（DLR）是「火星2020」任務和「毅力號」火星車國際任務團隊的成員之一。位於柏林的DLR空間研究所利用Mastcam-Z相機系統，在影像擷取的戰術和戰略規劃方面發揮關鍵作用。此外，其專家也參與影像資料的科學分析和處理。從「火星快車」、「黎明號」以及「隼鳥2號」火星探測器搭載的MASCOT登陸器等任務中累積的經驗被融入影像處理中。這些專業知識能夠創建三維地形模型，對地質結構進行精確分析，並選擇合適的地理目標進行進一步研究。
此外，位於柏林的德國航空航天中心（DLR）也參與了SuperCam儀器的運作管理和測量分析——SuperCam與安裝在「毅力號」火星車桅杆頂部的Mastcam-Z共同構成了火星車的「面孔」。 SuperCam採用多種光譜方法分析火星土壤，其中兩種方法利用脈衝雷射激發不同的物理現象。被動反射光譜法也被應用其中。這些純光學方法使SuperCam能夠對火星車周圍數公尺範圍內的區域進行地球化學和礦物學分析。
Mastcam-Z 提供了火星上古代河流景觀的 3D 視圖。
Mastcam-Z是火星偵測車的高解析度、可變焦（因此得名「Z」）相機系統。它位於火星表面上方約兩公尺（相當於站立的人的視線高度）的桅杆上，由兩台相距24.2公分的相機組成，可進行立體3D成像。該系統能夠拍攝全景彩色影像、影片以及最高解析度為1600×1200像素的精細特寫照片。根據拍攝距離的不同，甚至可以觀察到亞毫米級的結構。變焦功能使得研究人員能夠精確觀測遙遠的地質目標。為了進行更多科學研究，兩台Mastcam-Z相機的鏡頭後方均配備了濾光輪。多光譜影像有助於研究人員探索火星地形成分的多樣性。影像序列的規劃至關重要，德國航空航天中心（DLR）參與了部分規劃工作，旨在系統地記錄耶澤羅隕石坑（Jezero Crater）古河口三角洲中具有科學意義的結構。
SuperCam－利用雷射進行化學和礦物學分析
「毅力號」火星車的「獨眼」－超級相機（SuperCam）結合了相機、雷射和多種測量原理，用於測定岩石和土壤的化學和礦物組成。即使在七米多的距離外，該儀器也能分析尺寸僅為幾毫米的物質。
火星車收集的數據為了解火星地層的形成條件和可能的生物特徵提供了重要線索。德國航空航天中心（DLR）的專家參與了光譜數據的採集和分析，並致力於全面表徵火星上的研究區域，篩選出有希望的土壤採樣地點，並儘可能多地結合原位數據對這些樣本進行解讀。 DLR柏林團隊也建立了獨特的實驗室實驗，以便更好地理解和分析SuperCam火星車所收集的火星數據。
MEDA－火星上的移動氣象站
此外，德國航空航天中心（DLR）也為火星環境動力學分析儀（MEDA）的感測器校準和數據分析提供支持，該分析儀負責記錄火星天氣。有了MEDA，毅力號火星車就擁有了一個全面的環境監測站。安裝在火星車桅杆和車體上的感測器可以記錄火星大氣中的風速和風向、溫度、濕度以及塵埃顆粒的特性。
持續的測量數據為耶澤羅隕石坑提供了定期的「火星天氣預報」。德國航空航天中心（DLR）太空研究所負責校準各個感測器並對數據進行科學分析。這些資訊不僅對於了解當前的火星氣候至關重要，而且對於規劃未來的火星探測任務也至關重要——例如，可以了解未來火星探測車乃至人類在火星表面將面臨的塵埃污染和其他大氣狀況。
從火星快車號太空船上可以看到探測車的家和工作場所。
甚至在「毅力號」火星車著陸之前，歐洲太空總署的「火星快車」號探測器——德國航空航天中心（DLR）參與其中，為其搭載了高分辨率立體相機HRSC——就已傳回了耶澤羅隕石坑的圖像和數位地形模型。 「火星快車號」上的HRSC繪製了該區域的三維地圖，並記錄了這片古老河流三角洲的支流運河系統。
來自火星快車軌道器的這些數據為「毅力號」火星車在2020火星任務準備階段選擇著陸區提供了重要的地質信息，並且仍然構成火星車在現場進行調查的大尺度背景。
[照片]
(A) 一張特別的自拍照：火星探測車「毅力號」在「切亞瓦瀑布」岩層前
美國太空總署的火星探測車「毅力號」於2024年7月23日，即任務的第1218個火星日（sol）拍攝了這張「自拍照」。這張照片由62張單獨的影像組成。在偵測車左側，影像下方三分之一處的中心位置，是一塊形狀像箭頭的岩石，暱稱為「切亞瓦瀑布」。岩石上的小黑洞標誌著「毅力號」提取岩芯樣本的位置。該樣本目前存放在探測車內部的樣本管中。在地球上的實驗室分析樣本，或許能揭示火星遠古時期是否存在微生物生命。小洞右側的白色區域顯示了探測車為了使用科學儀器分析岩石成分而移除的岩石表面部分。
(B) “毅力號”火星車鑽頭上的Mastcam-Z相機捕捉到“豹紋斑點”
2024年7月21日，即任務的第1215個火星日（Sol），NASA的「毅力號」火星車使用Mastcam-Z相機拍攝了這張來自切亞瓦瀑布岩層的岩石樣本照片。照片顯示，岩石上呈現出類似豹紋斑點的圖案——這些引人入勝的特徵或許能為我們提供線索，揭示這顆紅色星球在遙遠的過去是否孕育過微生物生命。岩石上的斑點是一些形狀不規則的淺色小區域，周圍環繞著一層薄薄的深色礦物。這些斑點表明，數十億年前，在岩石形成或轉變的過程中，可能存在某種化學條件，為火星上曾經存在過的微生物生命提供了能量。亞利桑那州立大學負責管理Mastcam-Z儀器的運行，並與馬林太空科學系統公司合作進行相機的研發、製造、測試和運行工作；同時，該校也與哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所合作進行校準系統的研發、製造和測試工作。位於柏林的德國航空航天中心（DLR）太空研究所及其研究團隊在利用該相機系統進行成像作業的戰術和戰略規劃方面發揮關鍵作用。
(C) 火星氣象站 MEDA 的動畫
這是美國太空總署「毅力號」火星探測車桅杆上伸出的兩個風速感測器之一。這些感測器是火星環境動力學分析儀（MEDA）的一部分，MEDA是「毅力號」探測車上的氣象儀器。
(D) 超級相機（SuperCam）
「毅力號」火星車搭載的超級相機利用相機、雷射和多種光譜方法，探測火星表面岩石和土壤的成分。它能夠測定火星上僅幾毫米大小的區域的化學和礦物組成，探測距離超過七公尺。本儀器由美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）和法國天文物理與行星學研究所（IRAP）/國家太空研究中心（CNES）共同研發。德國航空航天中心（DLR）負責超級相機的運作管理和測量數據分析。
(E) Mastcam-Z
這張照片詳細展示了Mastcam-Z飛行模型在2019年5月交付給NASA噴射推進實驗室（JPL）並安裝之前的狀態。它是NASA火星探測車「毅力號」（Perseverance）搭載的一套多色立體成像系統。該系統在探測車頸部上方安裝了兩台可調焦和變焦的相機，能夠拍攝可見光譜（紅、綠、藍或RGB）以及紫外線和紅外線波段的圖像，這兩個波段都位於人眼可見光譜之外。圖中相機的位置與最終安裝在「毅力號」偵測車遙感桅杆上的位置不同，呈現倒置狀態。圖中的小刀長約10厘米，用作尺寸參考。
(F) 「毅力號」火星車的「面孔」：位於火星車頭部的SuperCam和Mastcam-Z相機。
這張照片拍攝於2019年7月，地點是加州噴射推進實驗室（JPL）的組裝大廳，照片展示了「毅力號」火星車桅頂的特寫。 SuperCam儀器的一部分位於桅頂內，其鏡頭位於大型圓形開口中。下方灰色方框內可以看到兩台MastCam-Z相機。火星車的兩台導航相機則安裝在它們的外部邊緣。
(G) Mastcam-Z 正在勘測其位於切亞瓦瀑布岩石的工作區域。
「毅力號」火星車在其車頭部署了 Mastcam-Z 儀器，用於勘測從一塊被暱稱為「切亞瓦瀑布」的岩石上採集的樣本周圍的工作區域。最左側是火星車於 2024 年 7 月 21 日採集樣本的鑽孔。右側是這塊被暱稱為「汽船山」的岩石。兩塊岩石上都可以看到一個圓形白色磨損痕跡。在這裡，火星車使用磨損工具去除了部分岩石表面，以便更仔細地研究其成分。構成這組圖像的是 Mastcam-Z 於 2024 年 7 月 23 日拍攝的，即火星 2020 任務的第 1217 個火星日（Sol）。亞利桑那州立大學負責該儀器的運行，並與位於聖地亞哥的馬林空間科學系統公司 (Malin Space Science Systems) 合作開展相機的研發、製造、測試和運行工作；同時與哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所合作進行校準系統的研發、製造和測試工作。位於柏林的德國航空航天中心 (DLR) 太空研究所及其研究團隊在相機系統影像擷取的戰術和戰略規劃中發揮關鍵作用。