NASA的“毅力號”火星車:火星上的激光標記
每隔一段時間,我們就會看到這樣的動畫片:一個火星車被驅趕到一個模式中,用它的車輪軌道在沙地上做出字母。這些字母可能會拼出一個短語,動畫片中經常有外星人在一旁大笑或對其含義感到疑惑。在現實生活中,火星車上的激光器的使用也使得在火星岩石上用激光標記塗鴉成為可能。
然而,由於NASA的儀器一般都是嚴格用於科學,普渡大學SHERLOC 儀器SuperCam 首席研究員Roger Wiens 表示,他不相信激光“塗鴉”會被做出來。但當然,人們已經想到了這一點。當Wiens在2012年好奇號著陸時來到JPL,他驚訝地發現,他們負責為SuperCam的前身開發序列的一位工程師寫了一個很長的序列,用激光在岩石表面拼出儀器的名字。這一切都很有趣–他們實際上從來沒有用這個序列浪費過鏡頭。然而,在“毅力號”上,他們找到了使用激光“塗鴉”的理由。
大約兩年前, Wiens接到來自麻省理工學院(MIT)的Ben Weiss教授的電話,詢問SuperCam的激光打標功能。當時Ben剛剛加入“毅力號”團隊,成為回歸樣品科學小組的一員。這個小組主要負責收集返回地球的樣品,目的是確保樣品在適當的條件下被收集,以便在返回地球後優化其科學價值。Ben的專長是古地磁學。在陸地岩石中,這是對岩石形成時地球磁場所產生的磁性的研究。火星目前有一個非常弱的磁場,但火星在過去的磁場強度在很大程度上是未知的。它對火星大氣層隨著時間的推移而保留或消失有重要的影響,以及其他方面。可以說,他們很想利用“毅力號”任務返回的樣本來填補這一知識空白。
要做到這一點,對於每一個返回的火星岩芯樣品,研究人員需要知道它在該星球上的原始方位。如果這些岩芯樣本的表面有容易識別的特徵,那就沒有問題。到目前為止收集的岩芯就是這種情況。然而,如果表面是細粒度的,可能就沒有什麼可以區分其旋轉方向。在這種情況下,研究人員需要在表面做人工標記。
研究人員沒有可用的記號筆,但他們在SuperCam相機上有一個脈衝激光。因此,Ben幾年前給Wiens 的實驗室打的電話讓他們開始考慮如何在樣品芯上做標記,並且他們開始了一些測試。JPL將幾塊不同硬度的岩石運到洛斯·阿拉莫斯國家試驗室,在那裡用不同數量的激光打出的凹坑進行標記。這些岩石被送回JPL進行後續取芯。
快進到2022年夏天。SuperCam團隊被要求在短短幾天內準備好標記一塊岩石以進行取芯。Wiens 負責超級凸輪的操作,看到他們可能很快就需要標記,團隊決定從正常的觀察轉換到岩心標記序列,作為一次模擬。團隊為標記準備了各種模式。基本原則是要了解岩芯從岩石中取出並放入樣品管後的旋轉方向。為此,任何不對稱的圖案,如箭頭,都可以。然而,為了提高效率,團隊決定使用最簡單的這種圖案,由三個點(或激光坑)組成,它們之間的距離不等,就像一個大寫字母”L”。
SuperCam通常執行線掃描(單行)或網格圖案。為了產生”L”形,團隊採用了一個2×2的網格圖案,並從序列中刪除了一個點,因此激光只產生了三個凹坑。每一個坑使用125次激光射擊,結果顯示在”Pinefield Gap”目標的圖像中。樣品芯的直徑為13毫米(0.5英寸),因此L圖案應該能很好地適應它們的上表面。隨著試運行的成功,團隊已經準備好使用該程序來標記未來的樣品。
在過去的一周裡,“毅力號”漫遊車完成了從傑澤羅隕石坑的三角洲形成的兩個樣本中的第二個,來自Hogwallow Flats的Skinner Ridge塊。在周末,“毅力號”開到了位於Hogwallow稍低的Wildcat Ridge約25米處,進行更多的探索。