鳳凰號發回的火星照片

鳳凰號發回的火星照片

鳳凰號發回的火星照片

　　據美國太空網報道，美國宇航局的「鳳凰」號火星登陸器在這顆紅色行星的北極平原上停留超過4個月時間後，現在它的時日已經不多。隨著火星上寒冷的冬天悄悄來臨，太陽的高度開始下降，這個探測器的能源供應將會減少，最終它會被凍結，陷入「休眠」狀態，而且很有可能從此一睡不醒。

　　冬季溫度低達零下120攝氏度

　　「鳳凰」號的任務是在它的著陸地點——火星上的瓦斯蒂塔斯-伯裡利斯(Vastitas Borealis)平原上挖掘火星土樣和地下像岩石一樣堅硬的水冰樣本。該登陸器已經掃瞄了一些樣本，尋找這個區域在過去是否有生命存在的跡象。

　　5月25日，「鳳凰」號在火星北極著陸，這個時候正值火星北半球的晚春時節。最初這項任務計畫持續3個月，到8月結束，但是後來兩次延長任務時間，第一次打算到9月結束，最近又計畫一直持續到12月。

　　但是目前還不清楚「鳳凰」號是否能倖存那麼長時間，該船的運行時間的長短主要由「鳳凰」號的系統是如何處理不斷縮小的能源供應和火星冬季惡劣的環境等決定。加利福尼亞州帕薩迪納美國宇航局噴氣推進實驗室「鳳凰」號項目經理巴裡·戈德斯坦(Barry Goldstein)說：「這項任務由火星狀況的所決定。」

　　加拿大多倫多約克大學大學「鳳凰」號氣象組成員彼得·泰勒說，隨著冬季慢慢降臨在火星北極，這裡將有兩件重大事情發生：太陽將降到地平線以下，而且「火星上將逐漸變冷」。當然，火星的溫暖程度永遠達不到地球的標準，因為它距離太陽更遠，而且沒有像地球一樣厚且能捕獲熱量的大氣層，但是火星北極圈的夏天與冬季相比，顯然要溫暖的多。

　　通過這個登陸器的氣象天線溫度計(meteorological mast thermometer)進行的測量可知，「鳳凰」號登陸地點夏季正午的溫度大約可以達到零下4華氏度(零下20攝氏度)，夜間溫度仍降低到零下112華氏度(零下80攝氏度)。現在這裡白天的溫度開始下降到零下22華氏度(零下)，夜間溫度可達零下130華氏度(零下90攝氏度)。到11月中旬時，這裡夜間的溫度有望下降到零下184華氏度(零下120攝氏度)。導致這一結果的原因是太陽的高度在不斷下降。

　　北極在夏季時，太陽經常位於地平線上方，這跟地球上的情況一樣。到了秋天，太陽開始一天天降到地平線以下，直到冬天來臨，它降到一定高度後，會一直等到來年春天才會再次升起。戈德斯坦表示，現在在「鳳凰」號降落的地方，白天的部分時間內太陽已經降到地平線以下。「鳳凰」號降落地點所在的緯度與地球上的阿拉斯加州北部所在緯度非常類似。

　　能量減小

　　溫度越來越低和太陽不斷下降，導致「鳳凰」號用於科研工作的可用能源逐漸減少。夏季有大量太陽光照射在「鳳凰」號的翼狀太陽能陣列上，陽光是這艘飛船在火星上獲得能量的唯一來源。但是一旦太陽消失，它的能量來源也會隨之消失。泰勒說：「隨著太陽的高度不斷降低，通過太陽能電池板輸入電池的能量越來越少，這是該任務正面臨的最大問題。」

　　隨著太陽在天空中的位置變化，「鳳凰」號的太陽能陣列的方向限制了它能吸收多少陽光。泰勒解釋說：「問題是，太陽能電池板是水平的，我們無法使它們傾斜，因此隨著太陽在地平線上的高度不斷變低，它收集到的能量也將越來越少。」戈德斯坦表示，任務開始的時候，「鳳凰」號的太陽能電池板在每個火星日(大約有24小時39分)大約產能3000瓦時，這些能量可供一盞60瓦的電燈泡使用55小時。9月13日，即「鳳凰」號降落後的第109個火星日，電池板的產電量已經下降到每個火星日大約是2400瓦時。戈德斯坦說：「電池板產電的能力在逐漸降低。」

　　戈德斯坦表示，「鳳凰」號的能量截止點(energy cut-off point)大約在電池板只能產生大約1000瓦特時時出現，1000瓦特時是「讓這艘飛船在第二天早上重新醒來的最少能量。」他說，根據模擬發射顯示，「我們大約會在11月中旬到月末就遇到這種情況，這沒什麼好吃驚的。」戈德斯坦表示，這些模擬在進行評估時稍微有點保守，因此這個登陸器或許能多堅持幾天，「但是也不會繼續太長時間。」這項任務的負責人計畫到截止點時，完成收集和分析樣本等所有科研工作。

　　任務科學家曾計畫到9月末為濕化學實驗室內一個沒使用的單元和熱力與先進氣體分析儀內的4個從沒用過的烤箱收集所有剩餘樣本(remaining sample)。因為這項工作沒有完成，現在他們打算到10月中旬結束樣本收集工作。戈德斯坦表示，他改變了分析樣本的策略，他們將先集中精力收集所有剩餘樣本，然後再統一進行分析，而不是收集一個分析一個。之所以會有這樣的轉變，是因為移動機械臂和挖掘土樣和冰樣仍是一個非常複雜的過程，不知道要利用多少能量，而分析樣本所需的能量數是已知的，不連續的，而且隨著能量供應不斷減少，很容易對分析樣本所需能量進行預測。另一個複雜問題是，該儀器必須利用這些能量保溫，以便能正常運轉，這個過程需要消耗掉剩餘能量的很大一部分。

　　戈德斯坦說：「因此我們將大量樣本放入容器內的時間越早就越好。」10月過後，「鳳凰」號基本上將變成一個氣象站，在它停止運行前，一直用於觀察冬季的轉變過程。

　　泰勒說：「只要我們能做到，我們就會一直測量火星的溫度和壓強。」如果有可能的話，該科研組還將努力利用「鳳凰」號的激光雷達測量雲團，隨著大氣變冷，雲霧在上空聚集，「鳳凰」號的照相機將用來拍攝已經開始在地面上形成的霜的圖片。

　　霜的威脅

　　霜已經開始在「鳳凰」號著陸點周圍堆積，寒冷的氣溫也將對這個登陸器產生影響，不過它們會在「鳳凰」號停止運行後產生更大影響。

　　泰勒表示，最近「鳳凰」號的表面立體成像儀拍攝的圖像顯示，目前已經有霜在地面上形成，尤其在這個登陸器以前挖的溝中更多。到目前為止，除了氣象天線頂端用來觀測風的小鏡子上結了霜外，「鳳凰」號上還沒有霜形成，這是因為「鳳凰」號比它周圍的地面更溫暖。泰勒解釋說：「通常這個登陸器都能有計畫地盡量多吸收太陽輻射，散發出相對較少的紅外線輻射物。因此『鳳凰』號的艙面比周圍地面的溫度更高。它就像一個相對溫暖的電腦的頂端。」

　　在「鳳凰」號失去它運行所需的能量以前，它會在一段時間內保持比周圍地面更高的溫度。泰勒說：「因此霜很久後才會在它上面形成。」所以「鳳凰」號不可能拍攝到自己被霜包裹的照片。現在形成霜的都是水冰，因為目前「鳳凰」號所在緯度的溫度還不足以形成乾冰，但是這裡最終會達到適合乾冰形成的環境。

　　目前還不清楚這些霜是只形成很薄的一層，還是像火星的極地冰蓋一樣形成厚厚的一層。泰勒說：「因為這個緯度的大部分地區都位於極地冰蓋上，因此我們不能確定將有多少二氧化碳堆積下來。」泰勒傾向於認為霜不堆積更多。他說：「冬天早晨你會在擋風玻璃上看到薄冰片，也會看到冰晶和霜，但是你不可能看到凍結的冰塊。」

　　「鳳凰」號停止運轉以後，科學家只能通過美國宇航局火星探測軌道飛行器的高分辨率成像科學實驗(HiRISE)照相機觀察不斷堆積的霜。科學家不確定高分辨率成像科學實驗到底能觀察到多少「鳳凰」號的情況，但是該科研組希望它能讓科研人員對「鳳凰」號的命運有更多瞭解，因為該登陸器停止運轉後，它將與地球失去通信聯繫。戈德斯坦說：「我們雖然不能繼續與它對話，但是我們仍希望繼續觀察它。」能否甦醒

　　冬季快要結束時，「鳳凰」號會引出另一個很大的疑問：當春天降臨，太陽重新升起的時候，它是否能像它的名字一樣重新甦醒過來？

　　戈德斯坦和泰勒表示，這種情況不太可能。戈德斯坦解釋說：「鳳凰」號上確實擁有一個被設計師稱作『Lazarus 模式』的重新程序，當能量通過太陽能電池板進入飛船時——要清楚是萬一能量輸入飛船，它將設法自動重啟，並努力與地球取得聯繫。但是他不相信這種情況會發生。他說：「如果真能聽到一些從『鳳凰』號發回的消息，我會非常非常高興，但是我認為這種情況根本不可能發生。」

　　導致戈德斯坦和「鳳凰」號科研組的其他人不相信這個登陸器會重新甦醒過來的原因很簡單：現在它在火星表面進入的狀態已經超出了它在試驗時所能承受的範圍。戈德斯坦說：「很久以前就證明了這一點。」「鳳凰」號內部堆積的霜是個難題。雖然「鳳凰」號結的霜可能只有薄薄的一層，但是這也足以使它被冰包裹。「鳳凰」號的工程小組在很多假設的環境中試驗了這個登陸器的能力，但是「被乾冰包裹後『鳳凰』號的倖存能力是我在研發階段拒絕進行的一項試驗。」他開玩笑說：「我將這稱作特德·威廉斯試驗。」他還提到傳說中波士頓紅襪演員，他去世後把身體冷凍起來。

　　但是，即使「鳳凰」號沒被乾冰包裹起來，它可能也無法安然度過條件惡劣的冬季，因為即使是在夏季，這個登陸器也需要不斷加熱，以保持它的電子設備能正常運行。 「鳳凰」號的電路板和線路一般被控制在零下40華氏度(零下40攝氏度)才能達到最佳操作狀態。戈德斯坦說：「然而低於這個溫度後它們是否還能完好無損？也許能，但是達到一定溫度後，過低的溫度將讓它們難以承受。」

　　而且，大部分電子儀器最低大約只能承受零下148華氏度或193華氏度(零下100攝氏度或零下125攝氏度)的低溫，再低一些，一些材料將達到它們的玻璃固化溫度。戈德斯坦這樣解釋玻璃固化，他說：「就像橡膠或塑膠變得像玻璃一樣易碎，一旦這種情況發生，它們就會出現裂縫。」如果「鳳凰」號的電子元件出現裂縫，當春天太陽重新回到北半球時，這個登陸器將不可能重新甦醒過來。戈德斯坦說：「我們所說的無法提供能量供『鳳凰』號保暖的溫度，我們很難想像得到。」

　　因為火星的一年時間更長，當春天在這顆紅色行星上降臨時，地球上還是夏季。春天在火星上降臨後，陽光將變得足夠強，有可能會喚醒沉睡的「鳳凰」號，美國宇航局或許會認真傾聽從這個登陸器發回的任何嘟嘟聲，儘管戈德斯坦不相信他們能聽到任何聲音。因此，一旦「鳳凰」號在11月末達到最小能量極限時，這可能就是它為這項任務畫上句號的時刻。戈德斯坦說：「這是一個非常有趣的項目，不過我們可能離結束已經不遠。」