火星2020的桅桿（或稱“頭部”）安裝了一個(gè)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(cè)機(jī)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(xué)和化學(xué)。它也可能幫助科學(xué)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(tuán)隊(duì)建造，是今年夏天發(fā)射的2020火星探測(cè)車上的七種儀器之一，它只有一個(gè)小盒子大，通常需要幾套相當(dāng)大的設(shè)備。它從探測(cè)車的桅桿或“頭部” 發(fā)射脈沖激光束，以遠(yuǎn)距離蒸發(fā)巖石的一小部分，從而獲得對(duì)任務(wù)成功至關(guān)重要的信息。

以下是使該儀器如此特別的原因的詳細(xì)信息：

無需接觸

使用激光束將有助于研究人員識(shí)別探測(cè)車機(jī)器人手臂無法觸及或無法進(jìn)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(cè)車引導(dǎo)到那里進(jìn)行進(jìn)一步分析之前分析目標(biāo)。特別令人感興趣的是：在液態(tài)水存在下形成的礦物質(zhì)，例如粘土、碳酸鹽和硫酸鹽。眾所周知，液態(tài)水對(duì)生命的生存至關(guān)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(xué)家還可以使用SuperCam的信息來幫助決定是否為探測(cè)車的樣本存儲(chǔ)系統(tǒng)捕獲巖心。2020年火星計(jì)劃將這些核心樣品收集在金屬管中，最終將它們存放在預(yù)定位置，以供將來的任務(wù)取回并帶回地球。

激光聚焦

SuperCam實(shí)際上是流浪者號(hào)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(yīng)擊穿光譜法或LIBS的方法）并將其汽化。然后，一個(gè)特殊的攝像機(jī)可以根據(jù)所產(chǎn)生的等離子體確定這些巖石的化學(xué)成分。

正在測(cè)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(biāo)。此外，AI可以使SuperCam非常精確地瞄準(zhǔn)小塊巖石。

SuperCam的另一個(gè)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(xué)鍵，并根據(jù)結(jié)合在一起的元素產(chǎn)生信號(hào) - 一種稱為拉曼光譜的技術(shù)。SuperCam還使用綠色激光使某些礦物質(zhì)和碳基化學(xué)物質(zhì)發(fā)光或發(fā)出熒光。

礦物質(zhì)和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)以不同的頻率發(fā)出熒光，SuperCam的光傳感器具有一個(gè)超快的快門，一次可關(guān)閉100納秒 - 如此之快，一次只讓很少的光子進(jìn)入。改變快門速度（一種稱為時(shí)間分辨發(fā)光光譜的技術(shù)）將使科學(xué)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(zhì)含量。VISIR技術(shù)是對(duì)拉曼光譜的補(bǔ)充。每種技術(shù)都對(duì)不同類型的礦物質(zhì)敏感。

帶麥克風(fēng)的激光器

SuperCam帶有麥克風(fēng)，因此科學(xué)家每次激光擊中目標(biāo)時(shí)都可以收聽。激光產(chǎn)生的爆破聲根據(jù)巖石的材料特性而微妙地變化。

“麥克風(fēng)通過遠(yuǎn)距離告訴我們一些關(guān)于巖石目標(biāo)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(zhuǎn)的聲音。”法國(guó)圖盧茲天體物理學(xué)和行星科學(xué)研究所的西爾維斯特·莫里斯（Sylvestre Maurice）說。

莫里斯說，火星2020探測(cè)車標(biāo)志著這種特殊的麥克風(fēng)設(shè)計(jì)第三次進(jìn)入“紅色星球”。在1990年代后期，同樣的設(shè)計(jì)在火星極地著陸器上行駛，后者墜落在水面。2008年，Phoenix任務(wù)遇到了電子問題，導(dǎo)致麥克風(fēng)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(fēng)：進(jìn)入，下降和著陸麥克風(fēng)將捕獲著陸的所有聲音。它會(huì)將音頻添加到探測(cè)車攝像機(jī)記錄的彩色視頻中，以前所未有的方式捕獲火星著陸。

團(tuán)隊(duì)合作

SuperCam由位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)，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(gè)光譜儀、控制電子設(shè)備和軟件。

桅桿單元是由CNRS（法國(guó)研究中心）的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室和法國(guó)大學(xué)在CNES（法國(guó)航天局）的承包授權(quán)下開發(fā)和建造的。探測(cè)車甲板上的校準(zhǔn)目標(biāo)由西班牙瓦拉多利德大學(xué)提供。

JPL正在該機(jī)構(gòu)位于華盛頓的總部為NASA科學(xué)任務(wù)局建造并管理2020火星探測(cè)車的運(yùn)行。