火星2020的桅桿（或稱“頭部”）安裝了一個稱為SuperCam的激光儀器，該儀器可以蒸發(fā)巖石材料并研究生成的等離子體。圖片：NASA/JPL-Caltech

NASA正在向火星發(fā)送新的激光探測機器人。但是，與科幻小說的激光器不同，該激光器用于研究距離約7米的礦物學和化學。它也可能幫助科學家在“紅色星球”上發(fā)現(xiàn)化石微生物生命的跡象。

SuperCam由數(shù)百人組成的團隊建造，是今年夏天發(fā)射的2020火星探測車上的七種儀器之一，它只有一個小盒子大，通常需要幾套相當大的設備。它從探測車的桅桿或“頭部” 發(fā)射脈沖激光束，以遠距離蒸發(fā)巖石的一小部分，從而獲得對任務成功至關重要的信息。

以下是使該儀器如此特別的原因的詳細信息：

無需接觸

使用激光束將有助于研究人員識別探測車機器人手臂無法觸及或無法進入的陡峭區(qū)域的礦物。它還將使他們能夠在決定是否將探測車引導到那里進行進一步分析之前分析目標。特別令人感興趣的是：在液態(tài)水存在下形成的礦物質，例如粘土、碳酸鹽和硫酸鹽。眾所周知，液態(tài)水對生命的生存至關重要，包括微生物，這些微生物可能在數(shù)十億年前的火星上得以幸存。

科學家還可以使用SuperCam的信息來幫助決定是否為探測車的樣本存儲系統(tǒng)捕獲巖心。2020年火星計劃將這些核心樣品收集在金屬管中，最終將它們存放在預定位置，以供將來的任務取回并帶回地球。

激光聚焦

SuperCam實際上是流浪者號火星車的ChemCam的下一代版本。像其前身一樣，SuperCam可以使用紅外激光束將射擊的材料加熱到大約1萬攝氏度（一種稱為激光感應擊穿光譜法或LIBS的方法）并將其汽化。然后，一個特殊的攝像機可以根據所產生的等離子體確定這些巖石的化學成分。

正在測試SuperCam

就像ChemCam一樣，SuperCam將使用人工智能來尋找值得射擊的巖石目標。此外，AI可以使SuperCam非常精確地瞄準小塊巖石。

SuperCam的另一個新功能是綠色激光，可以確定表面材料的分子組成。綠色激光激發(fā)樣品中的化學鍵，并根據結合在一起的元素產生信號 - 一種稱為拉曼光譜的技術。SuperCam還使用綠色激光使某些礦物質和碳基化學物質發(fā)光或發(fā)出熒光。

礦物質和有機化學物質以不同的頻率發(fā)出熒光，SuperCam的光傳感器具有一個超快的快門，一次可關閉100納秒 - 如此之快，一次只讓很少的光子進入。改變快門速度（一種稱為時間分辨發(fā)光光譜的技術）將使科學家能夠更好地確定存在的化合物。

此外，SuperCam可以使用太陽反射的可見光和紅外（VISIR）光來研究巖石和沉積物的礦物質含量。VISIR技術是對拉曼光譜的補充。每種技術都對不同類型的礦物質敏感。

帶麥克風的激光器

SuperCam帶有麥克風，因此科學家每次激光擊中目標時都可以收聽。激光產生的爆破聲根據巖石的材料特性而微妙地變化。

“麥克風通過遠距離告訴我們一些關于巖石目標的信息。但是我們也可以使用它直接記錄火星景觀或火星車桅桿旋轉的聲音?！狈▏鴪D盧茲天體物理學和行星科學研究所的西爾維斯特·莫里斯（Sylvestre Maurice）說。

莫里斯說，火星2020探測車標志著這種特殊的麥克風設計第三次進入“紅色星球”。在1990年代后期，同樣的設計在火星極地著陸器上行駛，后者墜落在水面。2008年，Phoenix任務遇到了電子問題，導致麥克風無法使用。

就火星2020年而言，SuperCam并不是漫游器上唯一的麥克風：進入，下降和著陸麥克風將捕獲著陸的所有聲音。它會將音頻添加到探測車攝像機記錄的彩色視頻中，以前所未有的方式捕獲火星著陸。

團隊合作

SuperCam由位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實驗室領導，該儀器的車身部分就是在那里開發(fā)的。儀器部分包括幾個光譜儀、控制電子設備和軟件。

桅桿單元是由CNRS（法國研究中心）的幾個實驗室和法國大學在CNES（法國航天局）的承包授權下開發(fā)和建造的。探測車甲板上的校準目標由西班牙瓦拉多利德大學提供。

JPL正在該機構位于華盛頓的總部為NASA科學任務局建造并管理2020火星探測車的運行。