如果你在长假期间把相机忘在家里,你可以买一个一次性的。但如果你已经旅行了 4.22 亿英里(6.79 亿公里)到达另一个星球,那就不是一个选择了——尤其是在那个世界的极端条件下,普通相机面临挑战。
因此,为了记录凤凰号前往红色星球的旅程,美国宇航局不得不基于他们从其他火星着陆器和漫游车中获得的经验,开发出一种特殊的设备:表面立体成像仪 (SSI),它充当凤凰号的主要“眼睛”。该成像仪由钛制成,以承受火星每日从零下 22 华氏度(零下 30 摄氏度)到零下 112 华氏度(零下 80 摄氏度)的温度波动,并且还被设计为在低大气压力下工作。
这个价值 700 万美元、足球大小的仪器在一个格架上旋转,该格架延伸到火星地形上方约六英尺半(两米)。(对于那些欣赏科幻小说的人来说,SSI 看起来像是 80 年代电影机器人偶像 强尼五号 和新《星球大战》前传中的死敌 格里弗斯将军 的结合体。)它具有两个开口,它们之间的距离与我们自己的眼睛大致相同,并且以类似于 人类视觉 的方式检测颜色。该成像仪甚至配备了睫毛状刷子,每天清洁镜头上的火星尘埃。
该相机帮助研究人员在 5 月 25 日 着陆 后检查了航天器,并环顾着陆点以寻找合适的挖掘区域。它已经拍摄了数百张荒凉、锈红色景观的异域旅游快照。当然,到目前为止,亮点一直是水冰,这表明火星可能曾经(或可能仍然是)一个适宜居住的星球——至少对于微生物而言。
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大众科学采访了帕特里克·沃伊达,他帮助开发了成像仪,以更多地了解是什么使该设备像我们一样观察。沃伊达是凤凰号着陆器的 SSI 下行链路工程师,也是亚利桑那大学图森分校月球与行星实验室的高级职员工程师。以下是根据电话和电子邮件采访编辑的问答记录。
表面立体成像仪的观察方式与人类观察火星表面的方式有何相似之处?
嗯,成像仪离地面两米,所以这使它大约与我的身高相同。[沃伊达身高六英尺七英寸。] 此外,成像仪有两个镜头,它们像我们脸上的眼睛一样分开设置。这种布置使成像仪能够像我们一样具有深度感知。此外,当图像被发回地球时,我们不会重新校正图像中的颜色。换句话说,如果你站在火星上向外看,你就会看到这样的景象。
表面立体成像仪如何制作彩色图像?
这就像我们眼睛中的视锥细胞。我们有三种可以检测蓝色、绿色和红色光。我们在凤凰号上拥有的是称为电荷耦合器件的设备,以及一个传感器,该传感器可以检测从近紫外线一直到红外线的频谱上的 [光]。我们有一个不同的滤光片轮,它只允许一种特定的波长或颜色通过。我们不必只使用三种颜色;我们可以混合额外的滤光片,以使我们的颜色更加丰富和准确。在最初的 90 天里,太阳不会在凤凰号所在的火星上落下。但是稍后,当外面天黑时,成像仪足够灵敏,可以进行天文学观测。因此,从某种意义上说,这类似于你的眼睛如何进行暗适应并向外看星星和星座。
表面立体成像仪在哪些方面比人类视觉“更好”或“不同”?它能在火星上看到我们看不到的东西吗?
我们的眼睛无法捕捉到较长波长的红外光,但成像仪可以。红外线对于弄清岩石和土壤等的化学成分非常重要。此外,拥有红外线意味着我们可以利用不同的照明条件。成像仪还可以看到偏振光,就像那些消除眩光的偏光太阳镜一样。这使我们能够分析大气中的气溶胶和灰尘成分。我们还使用其他滤光片来观察太阳,以直接读取到达地面的阳光量。这非常重要,因为凤凰号是太阳能驱动的。我们可以知道大气有多么晴朗,并知道太阳能电池板当天将获得多少能量。我们还可以获得非常高精度的湿度读数,因此我们可以知道空气中有多少水蒸气。
到目前为止,表面立体成像仪是否完成了它应该做的事情?有什么小故障吗?
成像仪每天都在工作,日复一日。总的来说,我们每天拍摄大约 150 到 200 张图像,所有其他科学团队都非常依赖它。在机械臂挖掘任何地方之前,它必须知道地面在哪里。我们需要知道机械臂何时移动以及我们在一天结束时将其留在哪里。地质和化学人员需要多光谱图像,以便他们知道最有趣的挖掘地点在哪里。出现了一些通信问题——不是成像仪本身的问题;更多的是我们无法总是从火星取回我们命令的图像。它们必须通过我们在火星轨道上的卫星之一进行中继,然后当它们被发射回地球时,会出现 [15 分钟的] 通信延迟。要获得一张照片,实际上有数百件事必须做对,有时 100 件中有 98 件是对的,但对于我们来说,要将图像带回家,这 98 件并不完全正确。但这就是你所期望的,很难对此感到沮丧。如果我今天没有拿到我的照片,我明天早上会拿到。我仍然有一个工作正常且令人满意的仪器,以及一个工作正常且令人满意的航天器。凤凰号正在竭尽全力为我们寻找火星上有趣的东西。
那么,让你的“孩子”降落在数百万英里之外的星球上是什么感觉?
成像仪始终是一次单程旅行。它必须在第一次就做对,因为我们无法修复它,而且她工作得非常出色。我为我们的团队感到骄傲,他们设计、建造、测试并将这款相机交付到火星。凤凰号着陆的第一天,成像仪开始拍照,其他人都在为太阳能电池板展开而欢呼雀跃,这是有充分理由的。[成像仪拍摄的第一张照片是电池板的照片。] 但随后,第二张照片传回了火星上的着陆垫,那正是我一直在等待的照片。我们接触火星的第一个地方就是那个着陆垫,1976 年的海盗号着陆器也是如此。它真的让你有了 perspective(视角/观点)。我从小就是一个《星际迷航》迷,渴望去往星空,当我将此融入到我生活中真正可以做的事情时,就成了我现在所处的位置。它提供了这种连续性,这条线索从我小时候的梦想一直延伸到现在我正在实现的现实。我的意思是,天哪,它给了你的灵魂很多价值。
*更正(2008 年 7 月 21 日):自发布以来,已添加凤凰号表面立体成像仪的图像。最初的图片是 1997 年火星探路者号成像仪的图片。