“祝融”着陆！“天问一号”火星车如何显神威
作为中国首个火星探测任务，“天问一号”火星探测是2021年国内最被公众关注的科学大事件之一。“科学探索奖”联合腾讯新闻特别邀请了“天问一号”首席科学家助理、国科大行星科学教授、2020年“科学探索奖”获奖人魏勇开设专栏「行星学者聊火星」，解读火星探测任务在各个关键时间节点上的科学进展。
“祝融号”成功着陆！北京时间2021年5月15日上午8点20分左右，我国天问一号着陆器确认成功降落火星，着陆地点位于火星北半球的乌托邦平原，着陆器上搭载的是我国“祝融”号首辆火星车。
“天问一号”一次任务同时实施环绕探测和巡视探测，在国际上尚属首次，环绕器与火星车“祝融号”之间将会联动和配合，互相补充。目前历史上已成功的火星着陆器/火星车只有10个，只对火星很小的区域进行过详细探测，因此在火星的任何地点着陆都将会对人类认识火星产生重大影响。当前只有“好奇号”、“洞察号”和“毅力号”还在继续工作，它们的探测区域基本都是在火星南部高地，而“天问一号”火星车着陆在火星北部平原，将会对全面理解火星的演化进程做出重要补充。
历史上已成功的火星着陆/巡视器和刚刚成功着陆的中国天问一号“祝融”火星车位置（图源：林红磊）
天问一号火星车“祝融号”的主要科学目标是探测巡视区的形貌和地质构造、土壤结构和水冰分布、表面元素和岩石类型、大气物理特征与表面环境等。为完成巡视探测科学任务，火星车配置了地形相机、多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪共6台科学仪器。下面我们来详细的介绍下这些装备都有何威力。
地形相机可以对火星表明上进行彩色成像，并获取地形信息。火星车上有两台地形相机，它们一左一右安装在火星车的桅杆上，能够对火星表明上进行三维全景成像，并获得巡视区的地形和地质构造。它们同时还有导航功能，为火星车指路。
多光谱相机也安装在火星车的桅杆上，覆盖可见光-近红外的9个波段，能够对巡视区附近的矿物种类进行划分。火星车上安装有标准定标板，可以对相机进行标定，以获取更准确地表面图像和光谱。
火星车的桅杆上还安装了火星表面磁场探测仪，用于探测着陆和巡视区域的磁场，确定火星磁指数。它可以与轨道器上的火星磁强计合作，探测火星空间磁场并获取火星电离层的电流，研究火星电离层电导率等特性。利用天然磁场跃变，探测火星内部局部构造。
次表层探测雷达具有低频（55 MHz）和高频（1300 MHz）两个通道，用于研究火星表面和地下的土壤、冰层厚度和结构。低频通道以1米的垂直分辨率探测火星地下100米的深度；高频通道则以厘米级的分辨率探测火星地下10米内的结构。
火星表面成分探测仪是一种结合了主动和被动探测技术的光谱探测仪器。它有一个激光诱导击穿光谱仪(LIBS)，用来分析激光激发出的等离子体从紫外到近红外的光谱（240-850 nm），可以对2-10m范围内的物质进行探测，同时获得亚毫米级分辨率的显微图像，可识别不少于10种类型的元素，并获取含量。火星表面成分探测仪还包括一个近红外-短波红外光谱仪，可以获取火星表面物质的近红外-短波红外光谱（850-2400 nm），很多矿物在这个谱段范围内都有很明显的光谱特征。因此，火星表面成分探测仪可以分析火星表面物质的矿物/元素组成，并识别不一样的岩石。它还可与轨道器上的火星矿物光谱分析仪进行联动，为轨道光谱仪提供地面标定信息。
火星气象测量仪能获取温度、压力、风速、风向等关键的大气状态数据，对火星表面气象情况做监测。它能够测量-120~50℃的温度，分辨率可达到0.1℃；测量1-1500 Pa的压力，分辨率为0.1 Pa；测量0-70 m/s的风速，分辨率可达0.1 m/s；测量0-360°的风向，分辨率为5°；还可以测量20 Hz-20kH频率范围内的声音。
“天问一号”是中国深度探测火星的首个任务，利用轨道器、着陆器和火星车对火星做全面的研究。天问一号火星车在火星北部平原的巡视探测，与相距不远在高地北部的“毅力号”火星车、以及天问一号轨道器、“希望号”轨道器和火星快车、火星侦察轨道器等联合对火星的探测，毫无疑问将会开启火星科学研究的新篇章。
(作者林红磊为中科院地球与行星物理院重点实验室副研究员；作者魏勇为“天问一号”首席科学家助理、国科大行星科学教授、2020年“科学探索奖”获奖人）