探尋岩石行星的秘密

為考察地球的形成和發展史,科學家們對火星進行了詳細研究。他們向火星發送了一架探測儀,以監測這顆紅色行星的活動與溫度。

我們的地球生機勃勃,它不僅活躍,而且多變。從地球誕生之日起,它的表面就在不停地發生運動變化。各個大陸板塊一直在漂移,彼此相互遠離又相互靠近。地表的運動變化也導致了高山、海洋和平原等不同地形的產生。毫不誇張地說,「這裡沒有什麼是不變的,只有永久的改變」。

正是由於上述原因,地質學家們在研究地球起源時,必須到火星上去收集資料, 因為這顆紅色行星上沒有大陸板塊,也幾乎沒有任何地質活動。火星表面還保持著四十億年前的狀態——儘管在漫長的歲月中也曾出現過海洋與河流。對於研究人員來說,火星研究的意義特別重大,因為它的形成過程幾乎與地球完全相同。它們都是通過分異作用由液態火球轉變為固態的類地行星,也稱為岩石行星。在轉變過程中,重金屬下沉聚集在中心處,形成炙熱的鐵核。

包圍在地核上之外層,即成為地幔;而包圍在地幔上之外層,在經過冷卻和凝固後形成了地殼。我們太陽系中的金星和水星也屬於岩石行星,而木星、土星、天王星和海王星則屬於氣體巨星。

自動向下鑽探
為更了解火星及其組成和結構,美國太空總署NASA計劃於2016年向火星發送一架名為「洞察號」(InSight) 的探測器。洞察號火星探測器是一架固定式著陸器, 其搭載的一台探測儀用於記錄因震動和彗星撞擊而引發的地震活動。

另一台名為 HP3的探測儀將鑽入地下五米,以測量火星內部的熱量流。這具探測儀實際上是一個鑽頭,它的設計者親切地稱它為「鼴鼠」。簡單來說,它就像「一根釘子,可自行鑽入地下」,Judit Jänchen解釋說。Judit Jänchen是任職於德國航天局的專案經理,也是HP3探測儀的設計師。「鼴鼠」內部採用了一顆DCX 22和GP 22 HD行星式減速機組成的 maxon馬達,可滿足最高的應用需求。火星上的溫度波動劇烈、沙塵暴肆虐且大氣層極為稀薄,這對於科學技術探測儀器來說,本身就是一個極度嚴苛的環境。另外,在DC馬達上的作用力可能高達 400 g。在馬達轉動過程中,彈簧被拉緊,並隨即釋放出巨大的動能,從而引發向下衝力。藉此,鑽頭便能夠一步步自動向下鑽探。整個過程將持續數小時。鑽到一定深度後,探測儀便會停留在那個位置。

溫度曲線圖為研究人員提供幫助

「鼴鼠」會帶著一條配有溫度感應器的電纜向地表下行進,藉此完成溫度量測。透過此項量測,可獲得兩年內火星土壤的精確溫度曲線圖,從而確定火星表面的熱量流。「這項數值是確定行星特點的一個基本參數」,Judit Jänchen說。另外,根據「鼴鼠」的鑽入速度,還可推導出火星土壤的孔隙度和密度。這兩項結果對於地球物理學的研究具有極為重大的意義。「這樣,我們便能更好地了解岩石行星的形成和演變。」
 

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