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揭秘好奇号机密装备 光谱分析仪能发现所有元素

http://www.kexue.com 2013-06-04 11:19:50 中国化工仪器网  发表评论

  美国探测车登火星

  美国宇航局的好奇号火星车,首次在火星上发射激光,从其携带的科学仪器上向一块被称为“加冕”的拳头大小的石头发射激光束。
  
  据台湾报道,继“好奇号”后,美国宇航局宣布,计划在2016年再送一辆探测车上火星,将把目标放在火星的地核,要研究火星地心与地球大不同的真相。
  
  对太阳系的研究,美国宇航局有许多研究计划,包括土星的一颗卫星以及一枚彗星,都在等待研究。不过美国宇航局选择把资源集中投入到火星探测,到目前为止,已经有四艘无人探测船登陆过火星。
  
  下一个预定于2016年上路的火星任务,代号“洞察”。这是一个小而美的计划,预计花费不到4.25亿美元,大概只有“好奇号”的六分之一。“洞察”号要挖掘火星深层的真相,包括火星地核的规模、成份、温度及状态。
  
  火星的内在结构是个谜团,它没有磁场,科学家也不确定它是固态还是液态的。“洞察”任务和“好奇号”任务一样,将由美国宇航局喷射推进实验室负责。
  
  好奇号火星车搭载的科学仪器
  
  激光诱导击穿光谱仪器研发在火星探测应用中的巨大技术挑战。好奇号火星车在成功抵达火星并完成一系列着陆步骤后,开始了为期两年的火星表面勘探的科研工作。
  
  该科研项目使用ChemCam化学与照相机科学仪器来实现目标物的可视化,火星车桅杆装载的ChemCam由一个激光诱导击穿光谱仪(LIBS)和一个高分辨率成像仪组成。
  
  ChemCam机身内还包含有CCD相机和光谱仪电子元件,分别安装在好奇号火星车的桅杆上,通过光缆接受激光激发产生的等离子光束。
  
  ChemCam包含的三个光谱分析仪由海洋光学(OceanOptics)提供,据该公司的RobMorris介绍,基于HR2000型号的光谱分析仪经过了较大的定制改造,以达到更好的空间利用率。ChemCam的三个光谱仪分别能检测三个不同波段的光谱:240.1-342.2纳米的紫外波段(UV);382.1-469.3纳米的紫光波段(VIO);474.0-906.5纳米的可见光以及近红外波段(VNIR)。飞行外壳采用了铍金属来制作,三个光谱仪被去除顶盖后叠在一起,都是为了减轻整体重量。
  
  揭秘好奇号火星车激光仪器及光学设备
  
  “好奇号”火星探测器于2012年8月6日在火星表面着陆,一直在调查分析这颗“红色星球”的地质地貌。造价25亿美元(约合153亿元人民币)的“好奇号”的使命之一就是勘察这颗与地球环境有相似之处的星球是否有着适合微生物生存的化学物质及环境。
  
  “好奇”号共携带10种不同科学仪器,ChemCam只是其中之一。抵达火星之后,“好奇”号的化学与摄像机仪器(以下简称ChemCam)将发射强激光脉冲,蒸发火星尘土,而后对光谱进行分析。ChemCam发射的强激光脉冲可以蒸发针头大小的区域。这台仪器还装有激光器,用于观测被蒸发的物质产生的等离子体闪光,并记录下光线包含的颜色。一台分光计随后对这些光谱色进行分析,帮助科学家确定被蒸发物质的元素构成。
  
  ChemCam可以向一个区域或者多个区域快速发射连续多激光脉冲,在火星表面取样分析过程中赋予研究人员极大的灵活性。ChemCam项目组首席研究员罗杰-韦恩斯表示:“ChemCam在设计上用于寻找轻元素、例如碳、氮和氧,所有这些元素都对生命至关重要。这一系统能够立即发现火星表面的霜或者其他源中的水以及碳。碳是构成生命以及生命副产品的基本要素。由于具有这些功能,ChemCam成为‘好奇’号任务一个至关重要的组成部分。”
  
  ChemCam可以分析整个可见光光谱以及红外和紫外光谱,寻找周期表上的任何元素。ChemCam能够对距离“好奇”号大约23英尺(约合7米)的区域进行探测。这台仪器采用的技术由美国洛斯-阿拉莫斯国家实验室研发,被称之为“激光诱导击穿光谱技术”(以下简称LIBS)。这项技术的核心是红外线激光器――肉眼看不到红外线――所发射的激光能量超过100万个电灯,能够聚焦一个微小区域,聚焦时间达到十亿分之五秒。

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