火星探测

近日，中国“天问一号”、美国“毅力号”以及阿联酋“希望号”火星探测器飞抵火星轨道。中国“天问一号”携13台科学仪器踏入环火轨道2月10日，“天问一号”火星探测器顺利实施近火制动，完成火星捕获，正式踏入环火轨道。据了解，天问一号共携带了13个高科技科学仪器，火星磁力仪，火星矿物学光谱仪，火星离子和中性粒子分析仪，火星高能粒子分析仪，火星轨道地下探测雷达，地形摄像机，火星探测器地下探测雷达，火星表面成分检测器，火星气象监测器，火星磁场检测器，光谱摄像机，还有两个先进摄像头。其中，轨道器配备了7个科学仪器，火星巡视车配备了6个科学仪器。火星表明成分探测仪结合了被动短波红外光谱探测和主动激光诱导击穿光谱探测技术，可以探测火星表面物质反射太阳光的辐射信息，同时其可主动对几米内的目标发射激光产生等离子体，测量原子发射光谱可准确获取物质元素的成分和含量。火星矿物光谱分析仪搭载在火星环绕器上。在环绕器对火星开展科学遥感探测期间，该仪器可在近火段800km以下轨道，通过推帚式成像、多元实时动态融合的总体技术，获取火星表面的地貌图像与相应位置的光谱信息，为探测火星表面元素与矿物成分等提供科学数据。小型化、高集成化是深空探测载荷发展的主要趋势。火星离子与中性粒子分析仪采用从传感器到电子学进行最大限度共用的设计思路,在一台仪器中实现对离子和能量中性原子进行能量、方向和成分的探测,大大降低了仪器对卫星平台的资源需求。仪器采取静电分析进行离子的方向和能量测量、采取飞行时间方法进行离子成分的测量。中性原子采用电离板电离成带电离子,后端的能量测量和成分测量与离子相同。鉴定件样机已经完成了初步的测试定标,结果表明其满足设计要求。 阿联酋“希望号”携3组设备抵达火星当地时间2月9日，阿联酋“希望号”火星探测器抵达火星，对火星大气开展科学研究。这是阿联酋首枚火星探测器，由阿联酋和美国合作研制。“希望”号探测器历经半年时间，飞行近5亿公里，阿联酋由此成为第五个到达火星的国家。“希望”号于2020年7月20日从日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射升空。“希望”号主要任务是研究火星气候和大气的日常和季节变化。由于阿联酋政府明确要求该国项目团队不能直接从别国购买探测器，阿联酋的工程师深度参与了合作研发。“希望”号高约2.9米，其太阳能电池板完全展开时宽约8米，重1.5吨，携带3组研究火星大气层和监测气候变化的设备。“希望”号的主要任务是拍摄火星大气层图片，研究火星大气的日常和季节变化。与人类今年计划发射的另外两个火星探测器不同，“希望”号不会在火星着陆，而是在距火星表面2万至4万公里的轨道上环绕火星运行。“希望”号绕火星运行一周需要大约55小时，它将持续围绕火星运行至少两年。美国“毅力号”漫游者火星车将登录火星美国宇航局的“毅力号(Perseverance)”漫游者火星车目前计划于2021年2月18日着陆。该次着陆顺序大多为自动化。据了解，“毅力号”（Perseverance）火星探测器为NASA公布的新一代火星车，由美国的初一学生亚历山大马瑟命名，用于搜寻火星上过去生命存在的证据。2020年5月18日，NASA公布“毅力号”火星车多项测试视频集锦，由于火星车登陆后无法对其进行维修，团队需确保其能承受极端温度变化及持续辐射的环境。2020年7月30日，美国“毅力”号火星车从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空。毅力号探测器将进行一次近7个月的火星旅行，并于2021年2月18日在火星杰泽罗陨坑（Jezero）内以壮观的“空中起重机”方式安全着陆。“毅力号”是一个2300磅（1043千克）的火星车，是世界最大的行星漫游车。其样品处理臂由一对组件组成：Bit Carousel和Adaptive Caching Assembly（自适应缓存装置），它们将用于收集、保护这些灰尘和岩石样本并将其返回给科学家。Bit Carousel 由9个钻头组成，火星车将使用它们钻入地面，拉动样本并将它们传递到火星车内部，以通过自适应缓存装置进行分析。该系统具有七个电机和总共3000个零件，并负责存储和评估岩石和灰尘样品。毅力号身上总共安装了五款成像工具，首先是桅杆头上的SuperCam（位于大的圆形开口中），其次是两个位于桅杆下方灰框中的Mastcam-Z导航摄像头。激光、光谱仪、SuperCam成像仪将用于检查火星的岩石和土壤，以寻找与这颗红色星球的前世有关的有机化合物。两台高分辨率的Mastcam-Z相机能够与多光谱立体成像仪器一起工作，以增强毅力号火星车的行驶和岩心采样能力。该探测器的10个科学设备中有一个叫做“MOXIE”，它能从火星稀薄、以二氧化碳为主的大气层中制造氧气，这些的设备一旦扩大规模，就可以帮助未来宇航员探索火星，这是美国宇航局将在21世纪30年代实现的重要太空目标。此外，一架被命名为“Ingenuity”的1.8公斤重的小型直升机将悬挂在毅力号腹部位置抵达火星，一旦毅力号找到合适位置，Ingenuity直升机将分离，并进行几次试飞，这将是首次旋翼飞行器在地外星球飞行。美国宇航局官员表示，如果Ingenuity直升机成功飞行，未来火星任务可能经常采用直升机作为探测器或者宇航员的“侦察兵”。旋翼飞行器可以进行大量科学勘测工作，探索难以到达的区域，例如：洞穴和悬崖。同时，Ingenuity直升机配备一个摄像系统，可以拍摄具有重要研究价值的火星表面结构 。美国洞察号执行任务失败，被迫“冬眠”然而，火星探测并非一帆风顺，与此同时，也传来了美国“洞察号”任务失败的消息。“洞察”号火星无人着陆探测器是美国宇航局向火星发射一颗火星地球物理探测器，它的机身设计继承先前的凤凰号探测器，着陆火星之后将在火星表面安装一个火震仪，并使用钻头在火星上钻出迄今最深的孔洞进行火星内部的热状态考察。根据项目首席科学家布鲁斯巴内特（Bruce Banerdt）的说法，这一探测器将是一个国际合作进行的科学项目，并且几乎是先前大获成功的凤凰号探测器的翻版。据了解，洞察号搭载完全不同的3种科学载荷，包括两台由欧洲提供的仪器，专门设计用于探查这颗红色星球的核心深处，从而了解与其形成过程相关的线索。它将探测这里是否存在任何地震现象，火星地表下的地热流值，火星内核的大小，并判断火星的内核究竟处于固态还是液态。巴内特说：“地震仪设备（即SEIS，全称为‘内部结构地震实验’）由法国提供，地热流值探测仪（HP3，即热流和物理属性探测仪）则由德国提供。按照计划，热流探测器需要将探头打入地下5米深的位置。然而，由于热探针始终无法获得挖掘所需的摩擦力，美国NASA官方宣布，用于探索火星的洞察号执行任务失败。与此同时，由于“洞察”号使用太阳能电池板从太阳获取能量，而火星的冬季也是火星距离太阳最远的时候，再加上洞察号火星探测车的太阳能电池板目前被灰尘覆盖，大大减小了它能获取到的太阳能，“洞察”号将被迫进入“冬眠”。火星探测道阻且长。

4月24日，在2023年“中国航天日”主场活动启动仪式上，国家航天局和中国科学院联合发布了中国首次火星探测火星全球影像图。　　本次发布的影像图为彩色，包括按照制图标准分别制作的火星东西半球正射投影图、鲁宾逊投影图和墨卡托投影加方位投影图，空间分辨率为76米，将为开展火星探测工程和火星科学研究提供质量更好的基础底图。　　天问一号任务获取的包括影像图在内的一批科学探测数据，将为人类深入认知火星作出中国贡献。

火星距离地球较近，是人类有望率先登陆的地外行星，因此一直是国际行星探测的重点目标，是除月球外人类探索最多的地外天体。火星大气数据测量能够建立和完善火星大气模型，而所有的火星航空器，例如气球、直升机、扑翼机和固定翼飞机等，必须参考火星大气测量数据进行开发和研制，才能确保其工作性能。这对未来开展火星探测研究、载人登陆和开发火星资源具有重要的意义。“天问一号着巡合影”　　1.火星大气数据测量是火星探测的首要任务　　在太阳系中，火星环境与地球最为相似，可能保存着太阳系生命起源和行星演化中，灾难性变化的最好记录，对研究地球起源与演化具有非常重要的比较意义，是探寻地外生命、探索生命起源与演化等重大科学问题最有价值的目标之一。火星距离地球较近，也是人类有望率先登陆的地外行星，因此一直是国际行星探测的重点目标，是除月球外人类探索最多的地外天体。　　火星大气数据测量是火星探测的首要任务，对了解探测器来流参数、大气环境和探索火星尘暴具有重要的意义。这种测量可以获取火星大气静压、密度和风速等参数，建立和完善火星大气模型，为下一步火星表面常规航空飞行器，如气球、直升机、扑翼机和固定翼飞机等开展探测提供技术支撑。　　这是因为，所有的火星航空器必须参考火星大气测量数据进行开发和研制才能确保其工作性能。因此，火星大气数据测量对未来探测火星、载人登陆和资源开发具有重要的意义。　　“天问一号”是我国首次探测火星的飞行任务，在国际上首次通过一次飞行任务实现火星“环绕、着陆、巡视”的三步跨越，是我国航天事业发展又一具有里程碑意义的进展。　　此次“天问一号”任务实现了中国火星探测零的突破，也是国内首次搭载火星进入大气数据测量系统（MEADS），获取了一手火星探测大气科学数据。这使国内行星科学大气探测研究取得显著进步，成功开启了中国行星大气探测的新征程。“天问一号”任务的实施，构建了中国独立自主的行星大气探测基础工程体系。　　目前，利用“天问一号”火星探测器搭载的大气数据测量系统，我国已成功获取了沿探测器飞行弹道海拔60千米以下的大气静压、密度、风速、总压、马赫数、攻角和侧滑角等珍贵数据，完善和修正了现有的火星大气数据模型，成为继美国之后，世界第二个近距离测量火星大气的国家。　　2.火星大气受环境影响非常多变　　我国此次“天问一号”的火星进入大气数据系统，其测量结果与欧洲航天局提供的火星大气模型偏差较大，特别是在20千米高度以下，静压偏差达到120Pa，相对误差接近100%。　　这种情况此前也曾出现过——美国“机智”号火星直升机，多次出现由于静压降低，在地面无法正常起飞的现象。可以推断，火星大气静压受到环境影响变化很大。这是对火星大气探测的新进展。　　此前，世界其他国家也多次开展了火星探测，在火星大气探测方面，也取得了很多进展。科学家们已经发现，火星大气非常稀薄，密度只有地球的1%左右，表面大气压500Pa~700Pa。　　火星大气的主要成分为二氧化碳和氮气等，而且经常有沙尘暴。火星大气层与地球大气层都有氮气、二氧化碳存在，这是火星与地球最大的相似之处。火星表面温度白天最高可达28℃，夜晚降低到-132℃，平均-57℃。虽然二氧化碳含量是地球的几倍，但因缺乏水汽，所以温室效应只有10℃，比地球的33℃低得多。火星大气的这些特征决定了深空探测器在火星进入阶段必须要经历比地球大气更稀薄、声速更低的大气环境，大气介质在飞行器高超声速进入中更易电离，电离后的高温气体将使探测器温度升高。　　二氧化碳是火星大气的主要成分。冬天时，火星的极区进入永夜，低温使大气中多达25%的二氧化碳在极冠沉淀成干冰，到了夏季则再度升华至火星大气中。这个过程使得极区周围的气压与大气组成在一年之中变化很大。　　和太阳系其他星球相比，火星大气有着较高比例的氩气。不像二氧化碳会沉淀，氩气的总含量是固定的，但因为大气中二氧化碳的浓度会在冬夏季发生变化，氩气在不同地点的相对含量也会随季节而改变。根据近期的卫星资料，南极区在秋季时氩气含量提高，到了春季则会降低。　　火星大气变化很大。当夏季二氧化碳升华回大气时，留下微量的水汽。季节性、时速接近400公里的风吹过极区，带着大量的沙尘与水汽，其中水汽造就了霜与大片卷云。2008年，美国国家航空航天局“凤凰”号发现火星地下冰——当地大气中的水分在晚上时会消失，同时土壤的水分则会增加。　　火星大气中含有十亿分之一级的微量甲烷，这由美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的团队于2003年首次发现。甲烷的存在十分吸引人，它是不稳定的气体，必有某种来源。据估计，火星每年产生约270吨的甲烷，但由小行星带来的只占0.8%。虽然地质活动也可提供，但火星近期缺乏火山活动，甲烷来自热液活动、热点等的可能性较低。微生物（如甲烷古菌）也可能是其来源之一，但尚未证实。火星甲烷的分布不是全球性的，这表示它在充分分布均匀之前就已被破坏，不过这也指出它是被不时释放至大气中的。目前火星探测计划希望寻找可能的伴随气体，借以推测其甲烷的来源。因为，在地球海洋中，生物产的甲烷常伴随着乙烯，而火山作用产生的甲烷则伴随着二氧化硫。　　2005年，有研究发现橄榄石与水、二氧化碳于高温高压下蛇纹岩化后可产生甲烷，过程与生物无关。在地表下几公里深即可满足反应的温压条件，且要维持目前甲烷浓度几十亿年，所需的橄榄石量并不多，增加了甲烷无机来源的可能。不过，如果要证实，就得发现此反应的另一产物蛇纹岩。　　欧洲航天局发现甲烷的分布不均匀，但却和水汽的分布相当一致。在上层大气这两种气体分布均匀，但在地表却集中在三处：阿拉伯地、埃律西昂平原和阿卡迪亚平原。有科学家认为这种一致性增加了生物来源的可能。如果要证明甲烷的分布与生物有关，探测船或登陆艇需要携带质谱仪，分析火星上碳12与碳14的比例（即放射性碳定年法），便可辨别出是生物还是非生物源。　　2013年，根据“好奇”号得到的进一步测量数据，美国国家航空航天局科学家报告，并没有侦测到大气甲烷存在迹象，测量值为0.18±0.67ppbv，对应于1.3ppbv上限（95%置信限），因此总结甲烷微生物活性概率很低，可能火星不存在生命。但是，很多微生物不会排出任何甲烷，仍旧可能在火星发现这些不会排出任何甲烷的微生物。　　3.火星航天器都携带大气探测传感器　　火星是太阳系中与地球最相似的行星，是最有可能存在生命和实现人类移民的星球。早在人类开始利用地基望远镜观测深空的时候，对火星的观测就开始了。随着航天科技的发展，人类开始使用航天探测卫星对火星进行详细探测，使系统性火星研究得以开展。　　2012年，美国国家航空航天局的火星科学实验室进入舱成功进入火星大气层，并在火星表面盖尔环形山位置安全着陆，实现了人类首次对火星大气数据的近距离测量研究，其上就携带了嵌入式大气数据传感系统，即火星进入大气数据系统。　　目前，火星研究使用的卫星探测数据主要来自美国和欧洲航天局的火星轨道探测器。火星大气和气候的研究是火星航天探测的主要目标之一，迄今发射的每一个火星航天探测器都携带有大气探测传感器用来研究火星大气的状态，分析火星气候乃至研究火星大气远古时候的状态，进而分析火星大气和气候长期演变的原因。　　由于火星大气非常稀薄，密度只有地球的百分之一左右，其大气的主要成分为二氧化碳和氮气等，而且经常有沙尘暴。这种恶劣的气候条件，对大气数据测量系统的软件和硬件设计产生很大影响。由于探测器在进入火星大气层的飞行弹道马赫数高达30，而到达近地面时马赫数接近2。飞行速域宽，出现马赫数无关性和化学非平衡反应效应等物理现象对火星大气数据测量算法建模造成很大困难。　　在此次“天问一号”的火星大气测量任务中，我们的科研团队针对火星探测器进入飞行弹道的高马赫数、化学非平衡效应和低动压等特点，提出了大气数据测量方法，并利用自主研发的航天计算流体力学软件平台（CACFD）的化学非平衡模型/完全气体模型计算，获得火星探测器宽速域飞行流场的表面压力点数据，建立了基于神经网络的火星进入大气数据系统（MEADS）算法模型。　　4.大气逸散和水汽变化是未来研究重点　　火星大气初期探测阶段主要目的是了解火星大气和气候的属性信息，确定火星大气是否适合生命的存在。二十世纪九十年代后多个火星探测器相继升空，获取了连续的火星航天观测数据，这一阶段火星大气探测的主要目的除了初期的目的之外，理解火星大气和气候的分布和变化规律，研究其演变历程也是主要目的。两个阶段中水汽都作为主要探测目标之一。　　火星就像一个低温、干燥的荒漠式地球，具有明显的季节变化和年际重复性，但南北半球具有不对称性。火星数十亿年前曾经拥有大气层和液态水，曾经适合生命繁衍。但如今的火星却是一个冰冷的不毛之地，曾经浓厚的大气层现在却变得十分稀薄。科学家推测，火星可能经历过重大变化。　　火星大气现状研究能为了解火星发展历程提供基础信息，这对解答火星上是否有生命存在和人类能否移民火星等问题非常重要。此外，研究火星大气和气候的演变过程可以更好地理解地球大气与气候变化，有助于预见地球气候变化带来的灾难性影响。　　火星的大气层从几十亿年前就已经开始流失，逐渐从一个湿润、温暖的宜居星球变成了寒冷干燥的沙漠。迄今为止，科学家们已经知道了火星磁层，但还没弄清磁层如何影响着火星大气层，以及太阳风到底输送了多少能量从而导致大气逸散，这也是未来开展研究的重要方向。　　大气温度是对大气状态的最基本的描述，也是热红外波谱反演大气参数和隔离行星地表热发射的起点。火星大气中常年悬浮着气溶胶，以沙尘和冷凝物两种形式出现，气溶胶会影响大气热结构和影响大气成分的时空分布，水汽含量在火星大气中虽然很少，但水汽是变化最显著的大气成分，水汽循环是火星气候研究的关键因素。　　因此火星大气研究最初多集中在大气温度、气溶胶和水汽的空间分布和时空变化以及三者之间存在的相互影响关系上。随着火星航天探测数据的增多，针对火星大气中的痕量气体(甲烷、水汽和臭氧等)成分的含量与分布研究开始增加。水汽是火星上变化最大的痕量气体，它的分布尤其是垂直分布，通过光化学反应和它产生的云的辐射效应影响其他大气过程。因而火星大气中的水汽是火星大气研究中最惹人注目的存在，而且水汽本身是变化剧烈的微量气体，对于火星气候循环有重要作用，也是火星上是否存在生命的佐证。　　尽管对火星水汽的观测已经进行了数十年，但对于火星水汽循环机制仍然知之甚少，来源具体在哪儿、空间分布的形成原因、水汽与气溶胶的耦合等也需要科学家们开展更多研究。　　（刘周、李国良、刘晓文、杨云军、周伟江为共同作者，作者单位为：中国航天空气动力技术研究院）

位于马德里的国家航空航天技术研究所，是一家专门从事航空航天研究和技术发展公共研究机构，计划于2018年执行一项火星探测任务，任务中将使用拉曼光谱仪器。 　　该任务由欧洲航天局与俄罗斯主导，它的目标是检测火星上过去或现在可能存在的生命证据，以及了解该行星上的水资源的发展历史。 　　航空航天技术研究所将使用紧凑、高效的拉曼光谱仪进行火星探测任务，Fernando Rull是这个项目的主要研究者。 　　一旦漫游者探测器在火星表面着陆，探测器的探头将收集火星表面下方两米处的样本。样品将被粉碎成细粉，在漫游者的分析实验室进行研究。 　　&ldquo 激光拉曼光谱仪将被用来分析这些样本，获取矿物信息和化学成分，检测可能存在的有机化合物，&rdquo Wasatch Photonics的CEO Gerald Heidt说，Wasatch Photonics公司生产用于拉曼光谱仪的高性能、体相全息光栅。（编译：刘丰秋）

p 　　据英国路透社12月22日报道，美国国家航空航天局(NASA)当天表示，由于主要探测仪器出现漏洞，原定于明年3月发射的“洞察”号火星探测卫星计划将暂停。这给这项备受期待的火星内部研究计划带来了不确定性。 /p p 　　据报道，“洞察”号探测卫星旨在帮助科学家们了解包括地球在内的岩质行星的构成。该计划的取消引发了关于未来研究工作的质疑，因为距离下一次地球和火星连线还剩26个月的时间。 /p p 　　NASA将在未来两个月评估维修故障仪器的办法。该仪器是由法国国家太空研究中心(CNES)提供的一种敏感地震探测仪。它可以检测到微小的震动，其传感器位于真空球体内。自8月份起，该仪器就一直受到一系列漏洞的干扰。工程师们认为他们已经解决了之前出现的故障，但在21日的测试中又发现了出现另一处漏洞。 /p p 　　NASA科学任务理事会副会长约翰· 格伦斯菲尔德在接受采访时说： “我们还没有足够的时间去寻找并解决漏洞，但仍希望能在明年3月份发射。” /p p 　　报道称，预算限制可能是决定NASA是否要继续该计划的一大原因。NASA行星科学部主任吉姆· 格林告诉记者，“洞察”号任务的花费，包括发射和数据分析，已从最初的4.25亿美元已上升至目前的6.75亿美元。迄今为止，NASA在该项目上共投资5.25亿美元，其中包括从联合发射联盟公司购买的一枚“阿特拉斯5号”运载火箭。 /p

美国国 家航空航天局（NASA）曾为火星探测计划开发研制过小型XRD/XRF联用的检测仪，用于火星土壤样本和矿石样本的探测分析，以确定火星地质形成过程。曾先后搭载“勇气号”和“机遇号”，成功地完成了对火星地质的考察。现在，这项技术已成功应用于于文化遗产保护领域。 曾任NASA科学家的Philippe Sarrazin联合美国盖蒂保护研究所首席科学家Giacomo Chiari将火星探测技术应用于专门的文化遗产保护研究项目，开发出了便携式的XRD-XRF联用分析仪——Duetto，首 款专门为文化遗产设计的商用XRD/XRF仪器。Duetto可对一个物体的一个小区域进行无损伤性的原位分析。Duetto可以在实验室使用或放置在使用多种安装选项的现场（如博物馆、考古遗址、修复遗址等）//主要特点“太阳系zui小”体积，仅35cm，6kg内置为宇航任务研制的X射线源采用高灵敏制冷型面阵CCD探测器XRD与XRF联用，可同时获取数据功耗仅40W，野外可连续工作一天//应用案例Duetto用于分析意大利瓦拉洛圣山大教堂的壁画Duetto被部署在雅典厄瑞克忒翁神庙旧神庙的门廊，分析围堰天花板的表面材料。通过原位XRD分析测量了石灰石现代腐蚀的证据。Duetto被部署在雅典厄瑞克忒翁神庙旧神庙的门廊，分析围堰天花板的表面材料。通过原位XRD分析测量了石灰石现代腐蚀的证据。 每年六月第二个星期六为我国的“文化遗产保护日”，古建筑、石刻和壁画等文物承载着民族历史文化记忆，应得到受保护，但目前我国文化遗产保护正面临着极大的挑战：文物真实性、完整性原则难以保证。 当今，我们应当清楚地认识到文化遗产保护任重而道远，期待在Duetto这类文物保护技术的应用下，文化遗产保护原则能得到很好地贯彻，并得到可持续发展。

9月26日，中科院地质地球所火星研究团队召开“祝融号巡视雷达揭秘火星浅表结构”媒体解读会，解读“天问一号”火星探测最新研究成果。 　　2021年5月15日，我国首次火星探测任务“天问一号”携带的“祝融号”火星车在乌托邦平原南部预选着陆区成功着陆，开启巡视探测工作。乌托邦平原是火星最大的撞击盆地，曾经可能是一个古海洋，预示着火星早期可能存在过宜居环境。这里的地质如何演化？现今具有怎样的地下结构？地下是否存在水或冰？我所联合中国科学院国家空间科学中心和北京大学，利用“祝融号”获得的第一手科学探测数据分析结果，通过最新《自然》论文，报道了围绕这些重要科学问题取得的突破性进展。研究表明，“祝融号”火星车着陆区火表数米厚的风化层下存在两套向上变细的层序，可能反映了约35-32亿年以来多期次与水活动相关的火表改造过程。现今该区域火表以下0-80米未发现液态水存在的证据，但不排除存在盐冰的可能。 　　详细的火星地下结构和物性信息是研究火星地质及其宜居环境演化的关键依据。我国“天问一号”携带的“祝融号”火星车次表层探测雷达能够对巡视区地下浅层结构进行精细成像，深化我们对乌托邦平原演化、地下水/冰分布等关键科学问题的认识。 　　“祝融号”火星车搭载的次表层探测雷达是世界上首次在火星乌托邦平原实施的巡视器雷达探测。到目前为止，人类在地外天体上共开展了四次巡视雷达探测。其中，我国嫦娥三号和嫦娥四号分别实现了对月球正面和背面浅表结构的精细探测。美国毅力号和我国“祝融号”火星车于2021年先后开启了火星巡视雷达探测。不同的是，毅力号的探测区域为杰泽罗撞击坑边缘，其实际最大探测深度为15米。“祝融号”火星车探测区域为乌托邦平原南部，雷达频带较宽，其实际最大探测深度达80米。 　　在最新的研究中，科研人员对前113个火星日、探测长度达1171米的“祝融号”火星车低频雷达数据展开了深入分析，获得了浅表80米之上的高精度结构分层图像和地层物性信息，发现该区域数米厚的火壤层之下存在两套向上变细的层序。第一套层序位于地下约10-30米，含有较多石块，其粒径随深度逐渐增大。距今大约16亿年以来的短时洪水、长期风化或重复陨石撞击作用可能导致了这一套向上变细沉积层序的形成；第二套层序位于地下约30-80米，其石块粒径更大(可达米级)且分布更为杂乱，反映了更古老、更大规模的火表改造事件。基于前人撞击坑统计定年结果推测，这次改造事件可能发生在距今35-32亿年前，与乌托邦平原南部的大型洪水活动有关。 　　“祝融号”火星车次表层探测雷达的主要目标之一是探测乌托邦平原南部现今是否存在地下水/冰。低频雷达成像结果显示，0-80米深度范围内反射信号强度稳定，介质具有较低的介电常数，排除了巡视路径下方含有富水层的可能性。热模拟结果也进一步表明，液态水、硫酸盐或碳酸盐卤水难以在“祝融号”火星车着陆区地下100米之内稳定存在，但目前无法排除盐冰存在的可能性。 　　研究所高度重视“天问一号”火星探测的研究工作，在“天问一号”科学探测数据发布后，第一时间组织全所行星科学领域的科研人员，成立所内火星探测研究工作任务团队，开展多学科交叉的优势队伍协同攻关，全面开展开“天问一号”载荷数据的综合分析和研究。此次发表于《自然》的论文文章，是该团队取得的首批研究成果，也是研究所前沿科学联合攻关模式下的新收获。由国家航天局探月与航天工程中心发布的“天问一号”科学探测数据，为本次火星研究工作提供了坚实的数据保障。

从人类第一次抬头仰望星空时，对宇宙的好奇心便永远种在了我们心底。浩瀚宇宙，除了人类还有其他智慧文明的存在吗？火星2020任务NASA火星漫游者毅力号于2020年7月从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空，2021年2月在杰泽罗陨石坑登陆火星。这次任务预计将持续至少一个火星年（687个地球日）。该任务是火星探测计划的一部分，计划内容是对这颗红色星球进行长期的机器人探测。此次科学任务优先的目标，涉及包括火星是否存在生命等关键问题。这次任务还试图收集证据，展示未来人类探索火星所需的技术。其中包括测试从火星大气中产生氧气的方法，确定其他资源（如地下水），改进着陆技术，描述天气、灰尘和其他可能影响未来在火星生活和工作的宇航员的潜在环境条件。2021年2月18日，火星漫游者毅力号在一个巨大陨石坑的表面完美着陆。全副武装的漫游者毅力号装载了29个摄像头作为眼睛，这些摄像机分别负责帮助它寻找着陆点、检查降落伞的，或是帮助它安全地在火星地面行进...其中，承担研究火星地形任务的桅杆安装式摄像机系统“Mastcam-Z”双摄像头系统，负责对火星上的近处和远处的物体进行详细检查。“ Mastcam-Z”可以放大（因此称为“ Z”）、对焦并以各种比例拍摄3D图片和全景图，能有效提升火星生命探索的效率与准确性。通过观察整个景观并识别出其他仪器值得仔细观察的岩石和土壤（杂岩），“ Mastcam-Z”协助漫游者号进行其他实验。他们还将为漫游者号发现重要的岩石，以便在火星表面进行采样和储存，从而将来把样品带回地球。作为火星2020任务的“两只眼睛”，研究人员在早期就发现由于处在火星的低光照度环境下（约为地球光照度的44%），摄像系统的成像品质将大打折扣。为解决这一问题，英国豪迈旗下的蓝菲光学联合亚利桑那州立大学研究出一套光源校准方案。蓝菲光学为Mastcam-Z提供了积分球光源，用于完美校准每个摄像机。Mastcam-Z团队通过蓝菲光学的积分球均匀光源准确地校准摄像机灵敏度，并将亮度设置为火星上典型的太阳光照射场景的相同水平。这一方案大幅提升了Mastcam-Z的成像品质，向基地输送了超高清晰度的影像数据。图 ｜Mastcam-Z摄像机正在对着蓝菲光学（Labsphere）积分球光源拍摄。 ASU地球与太空探索学院的Mastcam-Z首席研究员Jim Bell在对飞行相机进行测试后说：“Mastcam-Z将是首台可变焦的火星彩色相机，能有以超高的分辨率拍摄3D图像。在测试和校准过程中，我们发现这款摄像机的性能非常好-达到或超过了所有性能要求。”深耕光学领域，蓝菲光学对技术的探索和创新从不间断。如你想了解更多关于蓝菲光学的资讯，可前往蓝菲光学官网查阅详情。

东方网8月6日消息：“凤凰”号火星探测器在火星上发现水和冰的消息令人惊喜，但目前它又传来不好的消息：在火星土壤样本中发现了一种对生命有害的物质。 　　据美国媒体8月5日报道，亚利桑那大学的首席科学家彼得史密斯4日发表声明指出：第一次实验结果显示火星土壤与地球类似，但是经过进一步的检验发现了火星土壤成分中与地球土壤不同的方面。“凤凰”号将火星土壤样本和地球水放在烧杯中搅拌，并通过24个烧杯内置传感器检测土壤的pH值，寻找各种矿物质的痕迹。第一次检测结果显示火星土壤呈弱碱性，含有生命必需的镁、钠和氯化钾等成分，但第二次检验就发现了高活性的高氯酸盐。 　　高氯酸盐是一种有毒化学物质，是火箭固体燃料的主要成分，烟花爆竹和其他爆炸物中也有它。目前，还不清楚火星上高氯酸盐的成因和含量。美国宇航局正在调查高氯酸盐是否是由凤凰 ”号着陆前的外来污染所致。“凤凰”号的动力系统燃料是联氨，而非高氯酸盐。 　　这次发现需要进一步证实，因为“凤凰”号的另一个仪器8月3日在对土壤样本进行烘烤试验时并没有发现高氯酸盐的踪影。 　　不过，美国布朗大学地质学家约翰马斯特德认为，在得到所有数据前，断言火星土壤能够支持生命存在还为时尚早。 　　“凤凰”号于今年5月25日登陆红色火星，已经成功地证实了火星北极冰的存在，现在它的主要任务是分析火星环境是否能够支持原始生命形成，美国宇航局已经将“凤凰”号3个月的任务延长了5周。

整个8月份，全世界最令人兴奋的科学新闻无疑属于火星。2008年7月31日，美国宇航局（NASA）科学家宣布：“凤凰”号火星探测器在火星上加热土壤样本时鉴别出有水蒸气产生，从而确认火星上有水存在。 从19世纪70年代起，火星和它上面的水持续不断地挑逗着公众和科学家们的好奇心。随着“凤凰”号2008年5月25日成功登陆火星北极区之后，答案逐渐显现。一个火星与水的故事由此变得完整。 但是，8月5日，“凤凰”号发现的一种高氯酸根，又让这个故事顿生波澜，一时间在全世界引起广泛关注。 日前，多次参与NASA及欧空局火星探测研究的圣路易斯华盛顿大学地球与行星科学系华裔科学家王阿莲接受《科学时报》采访，解密“凤凰”号火星探测任务，带来这一神奇太空故事的完整版本。 火星发现水意味着什么 对火星上生命的探索是人类最核心的追求，这也是持续数十年水与火星缠绵故事的主题。无疑，火星发现水的消息是迄今这一故事最令人兴奋的高潮。 “‘凤凰’号此次发现的水实际是以冰的形态存在的。这的确是非常令人兴奋的发现，但事情都是一步一步做过来的。‘凤凰’号的发现只是火星探测一系列发现中最近的一次。”王阿莲十分理解公众的关切，但她更强调火星上水的发现是一个长期探索的自然结果，并非由“凤凰”号一蹴而就。 如何评价这一发现在人类火星探测历史上的地位？王阿莲表示，科学家们一直相信火星上有水的存在，并不断通过发射火星轨道卫星和登陆探测器进行求证。从“奥德赛”火星轨道卫星在火星赤道地区发现大量的氢，到此后火星登陆车“勇气”号和“机遇”号发现含水矿物，再到这次“凤凰”号在北极地区找到大量水冰存在的直接证据，科学家们对于火星水的探测是一步一步走到今天的。“毋庸讳言这一发现的重大意义，但这是一个历史延续的结果。” 实际上，美国在1999年曾发射过一台“火星极地着陆器”，但在着陆时失踪了。两台火星登陆车“勇气”号和“机遇”号的成功着陆和在近4年的探测中发现的大量含水矿物，既锤炼了队伍也鼓舞了精神。此次“凤凰”探测器利用了原来的“火星极地着陆器”的部分探测仪器，将其命名为“凤凰”号，是取凤凰涅槃重生的意思。因此，也可以说，“凤凰”号对火星水的突破性发现是集大成的结果。 神秘的高氯酸根 在7月31日NASA的正式消息公布的同时，有美国媒体援引NASA和科学界消息人士的话说，在火星上不但发现了水，而且在数星期后还将公布一项在研究火星土壤过程中获得的“更为实质性”的发现。该报道宣称，这项所谓的“更为实质性”的发现涉及到了在火星上“可能有生命存在”的问题。 报道确有其事，不过据王阿莲透露，当时获得发现的科学家非常激动，一不小心走露了消息，“耳朵很尖”的美国媒体赶紧报道，反而显得十分神秘。“NASA历来的外空探测项目都是由科学团队发布结果，一点没有要隐瞒的地方。” 很快谜底揭晓。8月5日，美国国家宇航局在其网站公布的最新消息中作出澄清，“凤凰”号探测器在火星土壤中检测到了高氯酸根。高氯酸盐是一种强氧化物质，通常认为其对微生物在火星上的存活不利，但在地球上的自然环境中又多有发现，例如其在智利干旱的阿塔卡玛沙漠土壤中自然存在。一些地球上微生物的食物也含有高氯酸根，并且某些植物能够浓缩这类物质。人工合成的高氯酸盐多被用来制造庆典时使用的烟火和火箭燃料。 对于生命存在具有重要意义的水在火星上被证实，本来是一个好消息，但被视为“生命的毒药”的高氯酸根的出现，似乎给那些希望找到火星生命的公众当头泼了一盆冷水。但科学家们却并不这样看。NASA网站上的消息公布了发现高氯酸根的全部过程。“发现高氯酸盐对于生命而言既不是好事也不是坏事，但它使我们重新评估对于火星生命的认识。”NASA喷气推进实验室的MECA（显微、电子化学及传导分析仪）首席科学家Michael Hecht表示。 “这是NASA一贯的政策。”王阿莲在接受《科学时报》采访时表示：“自NASA成立之日起，它就要面对公众，因为它花的是纳税人的钱，就要不断地发布消息，让公众知道它做了哪些事情，借此吸引公众的注意，同时激励年轻孩子们，他们将会成为下一代NASA的科学和工程团队。” 据王阿莲介绍，这次“凤凰”号上装备了两台重要的仪器，一个是MECA，是一种湿化学仪器，它有4个类似化学实验室中用的“小烧杯”。“凤凰”号机械臂把挖掘到的土壤放入其中，进行湿化学分析。MECA带有一些探测器，可以探测各种阴阳离子。“这次就发现了高氯酸根的信号，但不能肯定是哪一类高氯酸盐，因为样品已经溶化掉了。”另一个重要仪器是TEGA（热萃取气相质谱仪），它有8个“小炉子”，加热样品时会有气体逸出，其后有探测精度很高的质谱仪可以探测这些气体中到底含有什么成分。 “这次两个仪器获取的结果不完全一致，MECA检测到了高氯酸根，但是TEGA并没有捕捉到科学家们预期中的氯气逸出。”王阿莲说：“虽然不确定到底是哪种高氯酸盐，但是NASA还是要发布结果，这是为了更好地吸引公众。严谨的科学结论将最终发表在《自然》、《科学》和《地球物理杂志—行星科学》等学术期刊上。” 公众担心高氯酸根会对火星生命不利，对此王阿莲认为，高氯酸根并非是一种从根本上会抑制生命出现的有毒物质，生命物质中也发现有高氯酸根。“目前尚不确定‘凤凰’号发现的是哪一种高氯酸盐。不同的高氯酸盐有不同的性质，哪种阳离子与高氯酸根结合会对生命产生根本威胁尚待确定。” 此外，这些高氯酸根是否是“凤凰”号运载火箭带上火星的残留燃料也有待确认。王阿莲表示，在科学研究中进行认真的误差分析十分必要——“凤凰”号在火星极地的土壤中掘冰十分艰难，再将样品准确地放入“小烧杯”也需要作很多努力。这些操作和分析过程中都会产生一些误差，需要作出详尽的分析。NASA“凤凰”号的科学团队目前正处于非常忙碌的探测器操控阶段，后续还会有一些作基础研究的科学家加入进来，最终的结果将通过科学论文作出报告。 探寻火星生命：未竟的旅程 火星大气稀薄、气压很低，受到太阳辐射将快速增加动能，带动火星表土形成与地球上类似的尘暴，有时甚至发展成全球性的火星尘暴。尘暴也会对火星生命遗迹的存留构成威胁。加州大学教授乔治德罗利曾指出，火星尘暴产生的电场，会将火星稀薄大气里的水和二氧化碳分子割裂开来。那些分子能够自由地形成过氧化氢或者其他强氧化剂，这些物质将扫除火星表面对形成生命具有关键性作用的任何有机分子。 然而这并不能排除火星环境下可能的生命形态与地球不尽相同。“这个想法在所有作火星探测的科学家的脑海里都存在。”王阿莲表示。虽然不在天外生命探测的领域中工作，但是她通过学术会议大致了解其中的基本观点。“会有一些共同点，如需要有长时间的液态水存在，基本的氮、磷、氧、碳等可能还是基本的生命组成元素，但到底以什么样的化学键相结合还有待探索。” 在火星上寻找生命无异于大海捞针，现在人类仅仅走完第一步，找到了水，但接下来水的酸碱度是否适合还需要研究确证。此外，王阿莲认为，什么样的仪器能够真正探测火星生命还有待研究设计及证实。“这样的探测技术如果不成熟也不能马上飞，毕竟一个螺丝钉没有拧紧就可能前功尽弃，必须一步一步做严谨的工作。” 眼下，由于“凤凰”号找水的巨大成功，NASA决定将它的任务再延长至9月底。“从NASA的角度讲，送一套很贵的仪器上火星，只要能够工作就会继续尽量争取多出成果。”王阿莲说。据了解，发现高氯酸根有功的MECA的4个烧杯已经用了2个，余下的2个将继续用于分析火星土壤以重证高氯酸根的存在。“凤凰”号将继续在其周围进行挖掘，进一步提高冰在土样中的比率，不断摸索提高样品输入的准确性，并使用热萃取气相质谱仪作进一步分析。 除了寻找水和含有生命特征的物质之外，“凤凰”号还承载了一台由加拿大研制的极地低温“气象站”仪器，用来研究火星气候的变化。但目前，对“凤凰”号寿命最大的威胁是天气，因为它很接近火星北极，日照将越来越短，它的太阳能电池板将面临考验。 新的火星探测计划正在路上。NASA将于2009年发射“火星实验室”登陆车。欧空局的“地外火星”登陆车将于2013年发射，继续探索火星生命。执行这一计划的团队以欧空局科学家为主，美国派科学家参加。王阿莲2007年获得NASA资助，参与这项新的研究计划。

8月25日，据生活科学网站报道，科学家一直希望在登上火星进行生命探测前能在地球上能进行高度仿真的模拟实验。目前，科学家们在西班牙发现一条名为力拓河的河流(Rio Tinto)，它的生态环境和火星非常相似。科学家已经在这条河流上开始利用先进的生命探测技术进行高仿真的实验，而且还取得了惊人的成果。其中，必达泰克公司的i-Raman小型拉曼光谱仪作为该项目的拉曼检测设备，对该河流中的矿物和有机物进行了无损检测。如果该项目进展顺利的话，该小型拉曼光谱仪有可能作为欧洲火星探测计划中的一个组成部分，为火星研究计划作出贡献。 费尔南多－佩雷斯（Fernando Rull Pérez）是一名来自西班牙天体生物学中心的专家，他一直在力拓河上对一项光谱生命探测技术进行实验。他所开发的这种装置采用了“ 现场光谱技术”（“in situ"” techniques），这意味着这种装置会对所采取的样本进行现场分析，而不会运回实验室。这样做一方面可以提高效率，另一方面也避免了样本在运回实验室的途中被污染的可能性，而且也非常适合在火星的环境下操作，因为科学家们不可能将火星样本送回地球进行分析。 佩雷斯指出，利用现场光谱技术对火星生命进行探测也是欧洲火星探测计划的一部分。欧洲太空总署计划于2013年发射一颗名为“ExoMars”号的火星探测器。该探测器上将会安装一个拉曼光谱仪（Raman BS），这个光谱仪所采用的技术就是现场光谱技术。现场光谱技术有两个光学镜头。一个安装在ExoMars号探测器的外面，主要用来确定火星表面可能有矿物质或者有机物的地点；另一个安装在ExoMars号探测器的的里面，主要用来分析探测器钻头所采取样本的成分。科学家们目前计划钻取火星表面下2米内的土壤样本，以便科学家来分析判断火星表面曾经是否有水、或者生命的存在。拉曼光谱仪相比其他生命探测技术具有一个突出的优点，即它不会产生破坏性，对所钻取的样本不会产生任何伤害。 参考网址: http://www.space.com/scienceastronomy/080821-am-exomars-ramanlibs.html http://www.huelvainformacion.es/article/provincia/161948/rio/tinto/prueba/ya/una/nueva/generacion/robots/marcianos.html

好奇号火星车结构 MastCam是“好奇号”的眼睛，它可以环顾四周，让地面控制人员引导火星车行进的方向。 它由两套高分辨率彩色摄像机组成。 MAHLI是火星车的高性能的”放大镜“（环境搜索器），安置在2.1米长的悬臂上，能够帮助地面科学家近距离地观察火星地面的石头与泥土，能够分辨12.5微米的景象，比人的头发丝还要细微。这等于说，科学家爬在火星地面上用高倍放大镜“钻牛角尖”，看起来，有点儿“滑稽可笑”。 MAPDI是一台高速摄像机（每秒5幅），告诉地面指挥人员火星车目前所在的位置（周围160米以内的环境），以便决定火星车的下一步的行程。 SAM是“好奇号”的取样分析中心，里面有三套仪器设备：质谱仪、气象色谱和分光光度计。该取样中心的任务是：探明火星上是否存在碳的化合物以及氢、氧、氮等元素。此举是前所未有的，科学家为此激动不已。 CheMin是识别火星矿石类型的仪器，可以帮助科学家分析、理解火星的过去及其演变历史。这台仪器装有X射线，用以探测矿石的晶体结构。科学家为此而骄傲。在“好奇号”上，科学家什么能耐都使出来了。 CheGam是一台高功率的激光枪，可以局部气化9米远的火星矿石，再分析其中的化学成分。要是“好奇号”遇上真的火星人（Martian），激光枪就是战斗的武器。 DAN是探测火星冰与水的仪器。它向火星地表以下2米深处发射中子束以便探明侵入矿石中的水份。 APXS是探测火星表面存在哪些化学元素的装置。 RAD是专门探测火星表面各种射线的装置，为今后人类登陆火星做准备。 REMS是探测火星气候的仪器，测量火星大气的温度、湿度和气压，以及风速与风向。还有测量火星的紫外线辐射。 MEDLI是探测火星大气温度与压力随高度而分布的仪器。

p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 执行我国首次火星探测任务的天问一号火星探测器由环绕器、着陆巡视器两部分组成，总质量约5吨。 br/ span class=" dplayer-bezel-icon" /span /p div class=" img-para" style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202011/uepic/658bcabc-84a9-4d8f-bce0-087883efbedc.jpg" title=" 5581487952591340.jpg" alt=" 5581487952591340.jpg" / /div p class=" img-desc" 天问一号火星探测器 /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" strong 环绕器携带了7台科学仪器： /strong /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 01 高分辨率相机 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于拍照火星表面重点区域精细观测图像，研究火星地形地貌和地质构造。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 02 中分辨率相机 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于探测火星地形地貌及其变化，绘制火星全球遥感影像图。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 03 火星矿物光谱探测仪 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于分析研究火星整体化学成分与化学演化历史、火星矿物组成与分布以及析火星资源及其分布区。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 04 次表层探测雷达 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 用于探测研究火星的内部结构、主要成分以及火星表面地形等。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 05 火星磁强计 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于探测研究火星电离层和火星空间磁场环境等。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 06 火星能量粒子分析仪 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于绘制火星全球和地火转移轨道不同种类能量粒子辐射的空间分布图，研究近火星空间环境和地火转移轨道能量粒子的能谱、元素成分和通量的特征及其变化规律。与其它几台仪器等联合起来，还能够用于研究近火星空间能量粒子辐射与大气的关系，太阳风暴能量粒子事件对火星大气逃逸的影响与相互作用的规律，火星粒子加速与输运过程。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 07 火星离子与中性粒子分析仪 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于研究太阳风和火星大气相互作用、火星激波附近中性粒子加速机制，以及火星等离子体中的粒子特性等。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" strong 巡视器 /strong /span span data-node-type=" Text" ，也就是火星车，携带以下6台科学仪器： /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 01 次表层探测雷达 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于对火星地下一定深度进行探测，从而研究巡视区火星表层、次表层地质分层结构与组成类型。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 02 地形相机 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于研究火星表面形貌和地质构造特征。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 03 多光谱相机 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于研究火星表面形貌特征与物质类型分布。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 04 火星气象测量仪 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于研究火星表面气候特征，监测火星表面声音。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 05 火星表面磁场探测仪 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于探测研究着陆区火星磁场、火星空间磁场和火星内部局部构造。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 06 火星表面成分探测仪 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 它用于识别火星表面矿物分析和岩石，分析火星表面物质的化学元素组成。 /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" /span br data-node-type=" Break" / /p p data-node-type=" Paragraph" span data-node-type=" Text" 这些不同分辨率的相机和能探测火星浅层结构的浅层雷达等，未来可以帮助我们进行火星上的水冰分布、物理场和内部结构的研究，进而建立起对火星全面而基础的认识。 /span /p

北京时间2月19日凌晨4时55分，在“天问一号”进入火星轨道一周后，“毅力”号（Perseverance）火星车不经变轨直接突入火星大气层，并成功着陆。本轮火星探测季也进入了新的阶段。毅力号火星车毅力号的着陆地点是位于北纬18度的耶泽罗陨击坑（Jezero crater）。有证据表明曾经有河流流入耶泽罗陨击坑，形成了一个早已干涸的三角洲。而毅力号在此处着陆，一项重要目标便是识别和收集该地区的沉积岩和土壤样本，探寻可能存在的火星生命迹象，同时测试人类在火星生存的技术。火星表面矿物分布提供了火星起源、地质及环境演化线索,火星表面卤水种类及分布提供了火星气候/水文演变信息。此外，毅力号还将通过对表面岩石、土壤物理化学特征的分析，帮助人类理解火星地质以及大气环境。Raman(拉曼)与NIR(近红外)光谱技术是从分子层面识别火星表面及次表面物质成分、丰度及分布特征的重要手段，是多国火星车的必备科学设备。位于毅力号火星车桅杆单元的SurperCam(超级相机)搭载了Raman和NIR光谱仪对火星进行巡视探测,将Raman与NIR数据融合进行联合矿物表征分析,并开展火星表面卤水及其它与水相关物质的分析具有重要科学意义。对地外行星探测来说, 近红外光谱技术具有几乎无需样品制备、信号易获取、探测矿物种类丰富、对H2O/OH探测响应灵敏等特点。马尔文帕纳科(Malvern Panalytical)旗下ASD TerraSpec Halo矿物近红外光谱分析仪以其宽广的光谱范围（350-2500nm）、超高光能动态范围、高光谱分辨率及重现性及体积小巧坚固结实等特性被选择使用于为人类重返月球、探測火星准备的多项重要研究中，以提高人类勘探行星资源的能力。其中之一是由NASA赞助的研究项目，地理发现操作策略测试（GeoHeuristic Operational Strategies Test-GHOST），选择了由马尔文帕纳科赞助和提供的涵盖VIS-NIR-SWIR波段的ASD TerraSpec HALO，以提高火星车样品收集的速度、效率和科学回报。该项目使用光谱仪模拟火星科学实验室（MSL）的ChemCam和2020火星车的SuperCam.SurperCam(超级相机)于毅力号火星车位置示意图分子在红外光谱内的吸收产生于分子振动或转动的状态变化或分子振动或转动状态在不同的能级间跃迁。能量跃迁包括基频跃迁（对应分子振动状态在相邻振动能级之间的跃迁）、倍频跃迁（对应于分子振动状态在相隔一个或几个振动能级之间的跃迁）和合频跃迁（对应于分子两种振动状态的能级同时发生跃迁）。由于近红外光谱谱峰较宽，实际样品中各种成分的吸收峰重叠严重，需要用化学计量学方法对近红外光谱进行化学成分的定量分析。蒙脱石/黑色，伊利石/亮蓝色，白云母/深蓝色的可见-近红外光谱曲线SuperCam超级相机桅杆单元内部（装配前）TerraSpec Halo矿物近红外光谱分析仪是勘探地质市场上最便携的近红外(NIR)仪器，它是手持一体式全量程的仪器。扣动一下扳机，这款创新性的仪器可以即时在仪器上获得矿物分析结果。这些近乎实时显示的结果极大地加快了勘探的工作力度，提高了效率，有助于进行分析和决策，最终为采矿经营者节省了宝贵的时间和金钱。TerraSpec HALO还被广泛地应用于例如考古和采矿行业中，包括陶瓷、陶器的成份分析，艺术品的鉴定和修复，矿藏的勘探，开采和加工等等。TerraSpec HALO矿物分析近红外光谱仪TerraSpec HALO光谱库内置超过150种矿物质的700种以上的光谱，来源于大学、个人采集、国际研究所、以及美国地质勘探局（USGS）的矿物质目录，并可由客户自定义添加光谱库，以进行矿物质的快速识别，且具有GPS和语音备忘录功能。TerraSpec HALO采用专利的矿物质匹配算法，通过将未知物质光谱与内置矿物质谱库匹配，计算匹配矿物后，将其从未知物质光谱中被扣除。使用扣除后的未知物质光谱，继续匹配，最多可以生成7种相关矿物成份的识别。将获取光谱导入计算机Halo Manager软件中可分析多达9种矿物成份。随机自带矿物质评级显示于屏幕右侧，描述矿物结晶程度或构成性质，允许地质学家了解地质或地热的情况，以指引潜在的矿物。参考文档：1. https://mars.nasa.gov/mars2020/spacecraft/instruments/supercam/2. https://finance.sina.com.cn/tech/2021-02-19/doc-ikftssap6896673.shtml3. http://www.globenewswire.com/news-release/2019/07/16/1883283/0/en/Renowned-Researchers-Leverage-Malvern-Panalytical-s-ASD-TerraSpec-Halo-Mineral-Identifier-to-Advance-Investigation-of-Life-on-Mars.html4. https://www.materials-talks.com/blog/2019/07/10/asd-terraspec-halo-used-in-space-based-research/5. 徐伟杰 火星表面模拟矿物和卤水的光谱鉴别研究[D] 山东大学 2018年

北京时间12月21日消息，据美国国家地理网站报道，美国宇航局的“火星奥德赛”探测器自2001年进入这颗红色行星的轨道以来，已经对其进行了近10年的观测，下面是该探测器拍摄的部分火星图片。 　　1.宏伟壮观的火星陨石坑 　　宏伟壮观的火星陨石坑(图片提供：NASA/JPL-Caltech/ASU) 　　一颗陨石猛烈撞击火星，在地表形成巴库洛尔(Bacolor)陨石坑，碰撞产生的能量使地表远古物质向四面八方飞溅。巴库洛尔陨石坑是这颗红色行星表面的一个直径12英里(20公里)的深坑。这张“宏伟壮观的”火星陨石坑图片，是利用“火星奥德赛”探测器上的热辐射成像系统(THEMIS)在2002年到2005年间拍摄的照片合成的。据美国宇航局说，这周“火星奥德赛”探测器成为火星史上工作时间最长的飞船。 　　该飞船在2001年10月24日进入火星轨道，到今年12月15日，它已经在这颗红色行星周围工作了3340天(近10年)。“火星奥德赛”打破了“火星全球探勘者”号之前创下的记录，后者在1997年9月11日进入火星轨道，2006年11月2日停止运行。据加利福尼亚州帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室“火星奥德赛”项目科学家杰弗里普朗特说，迄今为止“火星奥德赛”获得的最有名的发现，也是它的第一项发现——找到有大量水冰埋藏在干燥的火星地表下的证据。他说：“这一发现非常令人兴奋，因为这是该任务的一个重要目标。” 　　2.崎岖不平的火星地形 　　崎岖不平的火星地形(图片提供：NASA/JPL-Caltech/ASU) 　　从这张合成图上可以看到夜迷宫(Noctis Labyrinthus)裸露区的高原和山谷，这是利用“火星奥德赛”在2003年到2005年收集的数据合成的。这种崎岖不平的地形是由火星外壳拉伸和碎裂形成的。当断层分开时，地下冰和水会从裂缝涌出，导致地表坍塌。普朗特表示，“火星奥德赛”的最初任务有两个：确定火星表面的组成成分和测量这颗红色行星的放射性，为未来可能进行的人类火星探索任务做准备。 　　3.火星峡谷合成图 　　火星峡谷合成图(图片提供：NASA/JPL-Caltech/ASU) 　　这张迷宫(Noctis Labyrinthus)的峡谷伪彩色合成图，是用“火星奥德赛”在2003年4月到2005年9月间收集的图片合成的。该图着重强调了一个峡谷交汇处形成1.3万英尺(4000米)深的洼地。 　　按照最初计划，“火星奥德赛”还有一个飞船同伴，即已知的“2001火星观测者”登陆器，但是1999年火星气候轨道器和火星极地登陆者”号探测器失灵后，美国宇航局取消了该任务。 　　然而，为被取消的这项登陆器任务设计的仪器，又用在了美国宇航局的其他火星登陆器——“凤凰”号上，这颗探测器于2008年到达火星表面，现在已经停止运行。美国宇航局的普朗特表示，“火星奥德赛”的飞船同伴以这种方式“最终到达火星”。“这也是该探测器取名‘凤凰’号的原因——凤凰燃为灰烬后，再从灰烬里得到重生。” 　　4.泪滴状台地 　　.泪滴状台地(图片提供：NASA/JPL-Caltech/ASU) 　　从这张由“火星奥德赛”探测器拍摄的照片可以看到，位于火星战神谷(Ares Vallis)地区附近的泪滴形状的台地向外延伸开来。科学家认为，凸起的岩石结构曾转变了火星表面的洪水流向。这个探测器长期围绕该行星运行，使科学家可以监控火星上每年的季节变化，其中包括冬季极区上空大气里的二氧化碳是如何凝结的。 　　5.被穿透的陨石坑 　　被穿透的陨石坑(图片提供：NASA/JPL-Caltech/ASU) 　　火星上的这个重叠陨石坑看起来就像是一个被箭穿透的苹果。这张图片是美国宇航局的“火星奥德赛”探测器在2005年5月拍摄的。每个陨石坑的直径都有几英里，这是由一颗陨石在落地前的很短时间内分裂成两个后，在地面撞击出来的两个碗状陨坑。普朗特表示，“火星奥德赛”一生比较幸运，没有遇到过真正的困难。但在2003年的万圣节期间发生过“最大危机”，一个“超级太阳暴”释放出大量带电粒子，对火星表面的所有电子设备都造成了巨大破坏。“火星奥德赛”上的辐射测量仪失灵，不过稍后它又恢复了正常。 　　6.火星沙海 　　火星沙海(图片提供：NASA/JPL-Caltech/ASU) 　　在这张合成图上看到的这些由风塑造的黑色沙丘海洋，是利用“火星奥德赛”在2002年12月到2004年11月间拍摄到的照片合成的。这片沙丘位于火星北极极冠上，面积相当于德克萨斯州那么大，它拥有更冷区域(蓝色)和更温暖的区域(黄色和橙色)。普朗特表示，对于一艘在轨道里运行了将近10年的飞船来说，“火星奥德赛”目前的状况非常好。 　　它的大部分仪器仍在继续运行，“火星奥德赛”的备用系统还从没用过。也许这艘飞船面临的主要限制因素，是它在轨道里运行一周所需的少量燃料。据科研组成员估计，如果这艘飞船的轨道没有太大调整，“火星奥德赛”剩下的燃料最少还可供它运行10到15年。 　　7.沙丘艺术 　　沙丘艺术(图片提供： NASA/JPL-Caltech/ASU) 　　在2006年“火星奥德赛”拍摄的这张照片上，由众多风塑沙丘构成的图案，看起来很像一幅抽象画。按照最初计划，该飞船是去执行一项持续时间仅为3年的任务，但是到今年的10月，美国宇航局已经把它的工作寿命延长了3倍。现在该飞船打算运行到2012年底，这项任务可能还会被延长，用来帮助美国宇航局的火星科学实验室——“好奇”号，该计划预计将于2012年8月发射升空，前往火星。 　　美国宇航局的普朗特表示，目前“火星奥德赛”担任该局的火星车“勇气”号和“机遇”号的通讯中转站，它或许也能为“好奇”号提供相同服务。他说，“如果2012年后这艘飞船依旧很‘健壮’，我们将会继续让它再运行几年。”

国家航天局9月18日消息，截至2022年9月15日，天问一号环绕器已在轨运行780多天，火星车累计行驶1921米，完成既定科学探测任务，获取原始科学探测数据1480GB。科学研究团队通过对我国自主获取的一手科学数据的研究，获得了丰富的科学成果。　　通过对着陆区分布的凹锥、壁垒撞击坑、沟槽等典型地貌的综合研究，揭示了上述地貌的形成与水活动之间存在的重要联系。图1 祝融号着陆区撞击坑、凹锥、沟槽和脊状地貌图。（国家航天局提供）　　通过相机影像和光谱数据，在着陆区附近的板状硬壳岩石中发现含水矿物，证明了在距今10亿年（晚亚马逊纪时期）以来，着陆区存在过大量液态水活动。图2 祝融号在着陆区发现富含含水矿物的板状硬壳岩石及其在地下水作用下的形成过程示意图。（国家航天局提供）　　结合相机影像和火星车移动车辙等信息，发现着陆区土壤具有较强承压强度且摩擦参数较低，存在与水活动相关并经历风沙磨蚀的特征。图3 祝融号着陆区的火星地质特征和岩石。（国家航天局提供）　　这些新成果，揭示了火星风沙与水活动对地质演化和环境变化的影响，为火星乌托邦平原曾经存在海洋的猜想提供了有力的支撑，丰富了人类对火星地质演化和环境变化的科学认知。有关成果已在国内外权威学术期刊发表。　　此外，科学研究团队还利用天问一号探测数据，在火星表面岩石密度与地表侵蚀程度的关系、近火空间环境中离子与中性粒子分布情况，以及火星重力场等方面，获得了一批优秀的科学成果。　　目前，天问一号环绕器继续在遥感使命轨道开展科学探测，持续积累一手科学数据。

SOC为美国航空航天局计划于2018年5月发射的“洞察”号火星探测器提供热控涂层。该探测器的任务是在火星表面放置一个固定的有地震仪和传热探头的装置，用于研究火星的早期地质演变。 地震仪设备是“洞察”号探测器上装载的主要科学仪器，由SOC涂层实验室为其提供热控涂层。 SOC的项目经理Maria Zimmerman指出关键技术：在三米大小的实验室里将蒸汽沉积物经加工处理后覆盖在地震仪设备组件的金制表面上，在这个实验室里让一束光照射该经过加工处理后的沉积物时光束会全部吸收，以此就可以制成横贯三个空间结构的多层均衡涂层。 SOC多年来一直承接美国航空航天局的任务，其中最为显著的是提供了太空飞行器上的开普勒望远镜、核分光望远镜阵列和钱拉德太空望远镜的涂层。

近日，中科院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室地球与行星磁场及宜居性学科组的申建勋博士后与合作导师林巍研究员等，利用激光诱导击穿光谱（LIBS）对地球类火星环境中岩石样品的光谱特征进行了研究，结合拉曼光谱测量，探讨了LIBS技术在火星生命信号筛选中的应用潜力。该研究选取了柴达木盆地西北干旱区岩滩的一块典型岩石碎屑样品（图1），分别利用拉曼光谱和LIBS对样品不同部位（岩上、岩侧和岩下）的数百个点进行了系统分析。图1 柴达木盆地采样点（a）地形图、（b）地质图以及（c和d）石英岩碎屑样品拉曼光谱分析显示岩下部位存在能够吸收紫外辐射并清除氧自由基的β-胡萝卜素，指示了岩石下部有耐辐射微生物群落的存在。而岩上、岩侧未检测到有效的微生物信号，仅发现石英和少量其他矿物信号（图2）。该研究结果表明在环境恶劣的类火星地区，岩石下部为微生物生存提供了适宜的生态位，未来的火星生命探测中可以着重关注火星岩下区域。同时结合前人研究，揭示出合成色素分子是类火星极端环境微生物的一类重要生存策略。图2 柴达木盆地西北干旱区类火星环境石英岩碎屑样品部分测量位点的拉曼光谱图。Qz：石英；Fr：锌铁矿；Hm：赤铁矿；Cr：β-胡萝卜素为了评估LIBS筛选生命信号的潜力，进一步对该样品的岩上、岩侧和岩下不同部位进行了LIBS分析。研究显示样品不同区域的LIBS光谱整体特征类似，但利用多元统计分析方法（主成分分析法PCA和相似性分析ANOSIM）可以对岩石样品不同部位的LIBS光谱数据进行区分（图3）。进一步分析区分样品的波段信息，发现涵盖了部分钙、镁的峰区和一些可能由于生命化学元素空间分布而产生的相互作用信号。以上结果表明，在样本均质程度较高但有足够样本量的前提下，基于LIBS数据的多元统计分析可以作为快速筛选潜在生命信号的一种手段，再结合其他探测技术，有望在火星生命信号的原位探测中发挥作用。图3 类火星环境石英岩碎屑样品部分测量位点的LIBS光谱图（左图）与PCA散点图（右图）研究成果发表于美国化学学会旗下期刊ACS Earth and Space Chemistry（申建勋，刘立，陈妍，孙宇，林巍. Geochemical and biological profiles of a quartz stone in the Qaidam Mars analog using LIBS: Implications for the search for biosignatures on Mars[J]. ACS Earth and Space Chemistry, 2022. DOI: 10.1021/acsearthspacechem.2c00129）。该成果受中国科学院、国家自然科学基金、中国科学院地质与地球物理研究所等联合资助。

施普林格自然旗下学术期刊《自然-通讯》最新发表一篇天文学论文指出，作为探测火星生命面临的一项挑战，当前火星上部署的科学仪器，可能达不到在火星环境下发现可能生命迹象的灵敏度。论文第一作者在位于智利的“红石”检测地点。Margarita Azua摄位于智利的“红石”检测地点1。Armando Azua-Bustos摄该论文介绍，自1970年代启动“维京”(Viking)任务以来，人类为寻找火星上的生命迹象一直在反复尝试。如今，半个世纪后，美国宇航局(NASA)的“好奇号”和“毅力号”火星车也只能发现含量很低的简单有机分子。这些结果引出了一些疑问：当前设备的水平或是火星岩内部物质的特性是否限制了人们找到生命证据的能力。论文通讯作者和第一作者、西班牙天体生物学研究中心和智利自治大学生物医学科学研究所阿玛多阿祖亚布斯托(Armando Azua-Bustos)与合作者一起，测试了当前与先进实验室设备一起或可能送上火星的仪器，使用它们分析了来自“红石”(Red Stone)的样本。“红石”是位于智利阿塔卡马沙漠一个河流三角洲的沉积物化石遗存。这些沉积物是在1.6亿-1亿年前极度干旱的条件下形成的，与“毅力号”正在火星上研究的耶泽罗陨击坑具有相似的地质学特性。论文第一作者在位于智利的“红石”检测地点。Margarita Azua摄论文作者利用高灵敏度的实验室技术，发现了已灭绝微生物和现生微生物的混合生物特征。微生物培养和基因测序结果显示，这些DNA序列中有很多主要来自无法辨认的“暗微生物组”，其大部分遗传物质来自从未描述过的微生物。不过，对火星上在役检测仪器的分析显示，这些设备几乎无法在检测限探测到分子化石特征。《自然-通讯》同期发表同行专家的“新闻与观点”文章指出，如果数十亿年前火星上确实有过生命，就会存在低水平的有机质，而这次研究结果表明，火星上当前使用的技术很难或是不可能检测到这么低水平的有机质。该观点文章还强调了将样本带回地球的必要性，因为这样才能得出火星上是否曾有生命的最终结论。

图1 图源：NASA官方网站美国国家航空航天局（NASA）曾为火星探测计划开发研制过XRF检测仪，用于火星土壤样本和矿石样本的探测分析，以确定火星地质形成过程。曾先后搭载“勇气号”和“机遇号”，成功地完成了对火星地质的考察。美国eXaminart公司应用NASA这项技术开发了一款专门用于文化遗产保护的μXRF分析和mapping测绘的便携式μXPF扫描仪——microScanix。产品简介图2 microScanix扫描仪microScanix以便携性、高分辨率和高适用性为特征，既可以在实验室中使用，又可以安装在各类实地现场(如博物馆、考古遗址、修复遗址等)。图3 高精度mapping扫描成像microScanix扫描仪由一个微聚焦的x射线管与多毛细管结合，可以实现55μm空间分辨率的XRF数据采集，并通过高精度电动扫描平台获得不同元素组成的图像信息。图4 元素组成图示例应用案例图5 Jules Breton画作Jules Breton是法国19世纪具有现实主义倾向的画家，以风景画和农民生活画而闻名。索邦大学应用microScanix研究了Jules Breton的画作。 案例设置参数●X射线管设置在30 kV和100µ A（3W）●200µ m和0.5s/点●132秒/线（宽50毫米）●183线（高36.6毫米）●时间我国拥有悠久的历史和丰富的文化内涵，文化遗产是其非常有力的实物见证，在这些文化遗产中，包含了大量的古代壁画、绘画等，具有极高的历史、科学、艺术、社会和文化价值。但目前我国文化遗产保护正面临着极大的挑战：文物真实性、完整性原则难以保证。期待microScanix在我国的文化遗产保护工作中可以做出应有的贡献。

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 从中国研制第一颗科学卫星——双星计划开始，中国科学院国家空间科学中心的科学家就和瑞典空间物理研究所的科学家有了首度合作。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 时隔十数年，在嫦娥四号国际载荷工作中，两位老朋友再度联手，研制出国际上首个可以在月表直接探测中性原子的仪器——中性原子探测仪。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “月球是一个天然的实验室，太阳风和月表的相互作用，可以类比到其他的行星体上，对未来的科学研究提供重要的科学数据。”中方首席专家、中科院空间中心研究员张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 太阳风吹呀吹 中性原子飞呀飞 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 太阳风是一种跟空气流动很相似的“风”，只不过它吹的不是气体分子，而是太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 由于太阳风中的粒子会干扰通讯系统，它一直让人类倍感恐慌。2006年12月13日，一次太阳风暴曾经对我国短波无线电通信造成严重影响，使得广州、海南、重庆通信中断达3小时之久。好莱坞大片《2012》《末日预言》等也曾展现过人类对于太阳风袭击地球的恐惧。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 这种恐惧同时也演化成了科学家的研究方向，在没有磁场、大气保护层的“月球实验室”里，他们决定近距离且直观地看一看太阳风与月球表面的作用机制。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “最早，人们以为太阳风里的离子和电子是被月表吸收了，但是，经过一段时间的研究后，科研人员发现，太阳风离子打到月表后，会反射回来，反射回来的粒子里，有一部分仍然是离子状态，还有一部分则获得了电子，从离子状态变成了原子状态，成为中性原子。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 与此同时，就好比“一石激起千层浪”，太阳风里的高速粒子打到月球表面后，也会将月球表面物质溅射起来。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “最终，溅射出的中性原子也会因为拥有一定的速度和能量，出现‘逃逸’，形成月球的外逸层。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 除此之外，太阳风和月表作用会对月球环境产生什么样的影响，也是科学家希望探索的内容。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “有科学家猜测，太阳风里的氢离子和月表的氧相击，可能会产生水，月球上的水可能与太阳风打到月球表面有一些关系，虽然这还不是一个定论，这也是我们想要搞清楚的内容。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 创造探月新历史 首次月表直接探测 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 这次，嫦娥四号上搭载的中性原子探测仪，主要目标就是在月表上测量太阳风和月表相互作用之后产生的中性原子，包括太阳风本身的离子获得电子后产生的中性原子，和月球表面被溅射出的中性原子。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 印度的首颗绕月人造卫星“月神一号”曾经搭载过中性原子成像仪，但和其他探月卫星一样，都是在环月轨道上对中性原子进行探测。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “我们这次要做的是在月表巡视区直接测量中性原子，可以说是人类探月史上首次在月表开展中性原子探测。以往的探测就好像是用肉眼看中性原子，这次，我们是拿着放大镜近距离、仔细地看。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 过去人类在环月轨道对中性原子的探测，曾发现了一些超出预期的现象，留下了一些未解之谜，例如，人们发现中性原子和太阳风在密度、速度比率上没有直接关系等，而这些谜题也为此次探测指出了方向。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “这次我们在月表可以进行实地观测，随着月球车在月表移动到不同位置，可以观测到月表不同的地形地貌，进而观测到太阳风与月表相互作用的不同过程，有望解决过去遗留的类似科学问题。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 碰撞与交流中 航天文化再度对接 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 作为搭载在嫦娥四号巡视器上的国际载荷，中性原子探测仪由瑞典空间物理所负责研制，中国科学家参与设备的性能测试及交付后的相关工作。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 张爱兵介绍，中国与瑞典在科学卫星载荷上，已经有了很长的合作历史。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 最开始的合作是在中欧合作研制的我国第一颗空间科学卫星——双星计划时。双星计划中有一台测量地球轨道环境下中性原子情况的中性原子探测仪，就是由中国科学家和瑞典科学家合作完成。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 2009年，中国发起的“萤火一号”火星探测计划中，中国科学家与瑞典科学家再度合作，双方分别研制其中一个载荷的一部分，然后集中在一起形成了一个载荷包，用于测量火星离子和电子的情况。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 此外，在中科院空间科学先导专项中，中国科学家和瑞典科学家也曾联手完成一些预先研究项目。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “由于双方合作次数比较多，所以在嫦娥四号的合作上非常顺利。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 当然，尽管顺利，但合作中难免会有碰撞和交流，“新的合作加深了两国航天文化的交流。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 按照中方的相关规范，中方在国际载荷接管复查过程中要确保接口安全，包括接口设计和元器件等的安全，不能影响其他载荷的工作，更不能影响嫦娥四号整体任务。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “一开始对方不能理解，但是通过交流，他们还是按照我们的要求做了相关工作，并把相关资料提供给中方。此次合作再一次体现了我国航天精益求精的作风，而这样的工作作风也让瑞典科学家十分认可中国科学家的工作。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 未来，中国和瑞典将共同利用科学数据开展科学研究，为此，中方已经组织了专门的科学家团队。“双方将会协同工作，共同利用好这台仪器的科研数据。”张爱兵说。 /p

“搞行星探测不是一个国家的事情，要由全世界感兴趣的科学家一起解决。中国正在进入行星科学研究领域，而且会越做越好，我愿意提供力所能及的帮助。”在接受《科学时报》采访行将结束时，王阿莲真诚地表示。 目前供职于圣路易斯华盛顿大学地球与行星科学系的王阿莲，主持该系行星表面物质研究团队的激光拉曼光谱、红外光谱、穆斯堡尔谱以及正在建造中的激光等离子体谱等4个实验室和若干NASA科学研究项目。自2004年至今，她一直作为科学团队成员操控火星登陆车“勇气”号。2007年，她受NASA资助参与欧空局“地外火星”登陆车计划，负责发展激光拉曼及激光等离子体光谱仪并将用其分析研究火星物质。 从1975年“海盗1号”和“海盗2号”在火星降落以来，华盛顿大学地球与行星科学系一直是NASA火星探测飞行任务的主要参与者之一。王阿莲介绍说，华盛顿大学的研究团队都直接参与最近几次的NASA火星探测飞行任务，包括2004年登陆的火星探测车“勇气”号和“机遇”号，以及2008年登陆的“凤凰”号极地探测器。华盛顿大学行星表面物质研究团队保存有上千阿波罗月壤样品，也是NASA将于2009年发射的月球复兴号轨道卫星的科学团队成员。 同时，华盛顿大学地球与行星科学系还是NASA行星探测数据中心(GPS)之一。NASA自成立50年来，所有行星探测飞行任务的科学数据都存在几个数据中心，为美国公众及全球科学家共享。除了参与飞行任务及行星探测数据分析，王阿莲等系里的科学家还参与设计和制造用于行星科学探测的仪器。此外，行星科学基础研究历来都是华盛顿大学地球与行星科学研究的中心议题，也是NASA历次行星探测飞行任务的主题。这些研究涉及一些当前行星科学的基本问题，比如水在火星发展进化史中的作用，月球的内部构造及元素矿物分布的相关性，金星大气与表面物质的相互作用，太阳系外缘行星及其卫星系统的特征和进化等。 “我们每个人都要作多个方向的研究。”王阿莲说，“华大的团队可以看做是一个松散的科学联盟。每个科学家都是独立的，有各自特殊的研究趣味和研究方向，并在有可能的领域相互合作。” 美国的科学界崇尚自由竞争，这是王阿莲自认受益匪浅之处。“在科学上，公开批评和公平竞争很重要。有了新想法就撰写论文，写项目申请参与公开竞争和评审。这种环境确实为我创造了很多机会，鼓励了我的很多新的思想、新的方法，并产生了不少新的结果。美国是个移民国家，鼓励外来科学家凭本事开创新领域。” 和现在的年轻学子相比，王阿莲的经历比较曲折。这位北京姑娘没上完中学就下乡到内蒙古插队。至今回想起来，她依然表示“非常喜欢那个地方和那里的老乡”。 插队虽说耽误了不少学习时间，但确实让她这个在大学校园里长大的孩子懂得了老百姓的辛苦。“要是你有机会做事情就一定要做好。就是为了老百姓也要做好。” “文革”后，王阿莲得以在山东大学继续学业，读完北大研究生后来到法国读博士，以后来到美国工作。“我是从物理学的角度参与行星科学研究的，在国内地学界工作的几年也学了些地质学，把物理学、地质学还有化学都结合起来研究行星科学，我觉得非常合适。” 王阿莲正在尽自己的力量帮助中国的行星科学研究。2006年，她促成了华盛顿大学与山东大学共建国内第一个达到国际标准的行星探测数据分析中心，并为该中心提供美国宇航局和欧洲空间局所采集的行星项目数据。同时为山东大学培训了第一批2名联培博士生。 2007年，她帮助中国地质科学院与华盛顿大学达成一个长期科学合作框架性协议和5个拟议中的单项合作课题，包括用北京SHRIMP离子探针对阿波罗月岩样品及月球陨石的年龄测定，中国“嫦娥1号”探月飞船月球遥测数据的合作研究，以青藏高原盐湖及硫化矿床风化带为模本的火星模拟地质研究，南极地壳及地幔地球物理研究，以及陨石同位素分析研究等。 2008年，由王阿莲推荐并亲自担任科学审校的《登陆火星》中文版由中国宇航出版社正式出版，向中国航天界及青年学子介绍了NASA火星探测车项目的全貌。 目前，第二批2名山东大学博士生即将赴美来到王阿莲的实验室学习工作。同时她也期待着9月份带队回国，与中国地质科学院的合作者中国工程院院士郑绵平，一同奔赴青藏高原盐湖区从事火星模拟地质的第一次野外考察。

红外双波段光电探测器是重要的多光谱探测器件，特别是近红外/短波红外区域，相较于可见光有更强的穿透能力，相较于中波红外可以以较低的损耗识别冷背景的物体，因此广泛应用于民用和军事领域。当前红外双波段探测器主要面临光谱不可调谐，器件结构复杂而不易与读出集成电路相结合的挑战。据麦姆斯咨询报道，近日，合肥工业大学先进半导体器件与光电集成团队在光电子器件领域取得重要进展，研究团队研发了一种光谱可调谐的近红外/短波红外双波段探测器，相关研究成果以“Bias-Selectable Si Nanowires/PbS Nanocrystalline Film n–n Heterojunction for NIR/SWIR Dual-Band Photodetection”为题，发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials, 2023: 2214996.）。第一作者为许晨镐，通讯作者为罗林保教授，主要从事新型高性能半导体光电子器件及相关光电集成技术方面的研究工作。该研究使用溶液法制备了硅纳米线/硫化铅异质结光电探测器（如图1（a）），工艺简单，成功将硅基探测器的光谱响应拓宽到2000 nm。基于有限元分析法的COMSOL软件分析表明，一方面，有序的硅纳米线阵列具有较大的器件面积，提升了载流子的输运能力，且纳米线阵列具有较好的周期性，入射光可以在纳米线结构之间连续反射，产生典型的陷光效应。另一方面，小尺寸的纳米线阵列可以看作是微型谐振器，可以形成HE₁ₘ谐振模式，增强特定入射光的光吸收。通过调制外加偏压的极性，器件可以实现近红外/短波红外双波段探测、近红外单波段探测、短波红外单波段探测三种探测模式的切换。器件还具有较高的灵敏度，在2000 nm光照下的探测率高达2.4 × 10¹⁰ Jones，高于多数短波红外探测器。图1 双波段红外探测器结构图及相关仿真和实验结果图2 偏压可调的近红外/短波红外双波段探测及探测率随光强的变化曲线此外，该研究还搭建了单像素光电成像系统（如图3（a）），在2000 nm光照下，当施加-0.15 V和0.15 V偏压时，该器件能对一个简单的英文字母实现成像。但是不施加偏压时，缺无法清晰成像。这表明只需要对器件施加一个小的偏置电压时，就可以将成像系统的工作区域从近红外调整到短波红外，具有较高的灵活性。图3 光电成像系统及成像结果这项研究得到了国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。

据28日《自然光子学》杂志报道，英国伯明翰大学和剑桥大学的科学家开发了一种使用量子系统在室温下探测中红外（MIR）光的新方法，他们使用分子发射器将低能量MIR光子转换为高能的可见光光子。这项创新方法能够帮助科学家在单分子水平上进行光谱分析，这标志着科学家在深入了解化学和生物分子的能力方面的重大进步。研究人员解释说，维持分子中原子之间距离的键可像弹簧一样振动，同时这些振动会在非常高的频率下产生共振，它们可被人眼看不见的中红外区域光激发。室温下的键随机运动，因此，探测中红外光的一个主要挑战是避免这种热噪声。现代探测器依赖于能量密集型和体积庞大的冷却半导体器件，但此次研究提出了一种在室温下检测这种光的新方法。新方法被称为中红外振动辅助发光（MIRVAL），它使用既能成为中红外光又能成为可见光的分子。该团队将分子发射器组装成一个非常小的等离子体腔，该腔在中红外光和可见光范围内都是共振的。他们进一步对其进行了改造，使分子的振动态和电子态能够相互作用，从而有效地将中红外光转换为增强的可见光。通过创造微腔，研究人员实现了低于1立方纳米的极端光限制体积。微腔是一种由金属面上的单原子缺陷形成的极小的空腔，可捕获光线。这意味着该团队可将中红外光限制到单个分子的规模。该突破能够加深科学家对复杂系统的理解，并打开红外活性分子振动的大门，这在单分子水平上通常是无法获得的。除了纯粹的科学研究外，MIRVAL还可在许多领域发挥作用，如实时气体传感、医学诊断、天文测量和量子通信等。

作者：泛林集团 Semiverse Solutions 部门软件应用工程师 Pradeep Nanja介绍半导体行业一直专注于使用先进的刻蚀设备和技术来实现图形的微缩与先进技术的开发。随着半导体器件尺寸缩减、工艺复杂程度提升，制造工艺中刻蚀工艺波动的影响将变得明显。刻蚀终点探测用于确定刻蚀工艺是否完成、且没有剩余材料可供刻蚀。这类终点探测有助于最大限度地减少刻蚀速率波动的影响。刻蚀终点探测需要在刻蚀工艺中进行传感器和计量学测量。当出现特定的传感器测量结果或阈值时，可指示刻蚀设备停止刻蚀操作。如果已无材料可供刻蚀，底层材料（甚至整个器件或晶圆）就会遭受损坏，从而极大影响良率[1]，因此可靠的终点探测在刻蚀工艺中十分重要。半导体行业需要可以在刻蚀工艺中为工艺监测和控制提供关键信息的测量设备。目前，为了提升良率，晶圆刻蚀工艺使用独立测量设备和原位（内置）传感器测量。相比独立测量，原位测量可对刻蚀相关工艺（如刻蚀终点探测）进行实时监测和控制。使用 SEMulator3D®工艺步骤进行刻蚀终点探测通过构建一系列包含虚拟刻蚀步骤、变量、流程和循环的“虚拟”工艺，可使用 SEMulator3D 模拟原位刻蚀终点探测。流程循环用于在固定时间内重复工艺步骤，加强工艺流程控制（如自动工艺控制）的灵活性[2]。为模拟控制流程，可使用 "For Loop" 或 "Until Loop"（就像计算机编程）设置一定数量的循环。在刻蚀终点探测中，可使用 "Until Loop"，因为它满足“已无材料可供刻蚀”的条件。在循环中，用户可以在循环索引的帮助下确认完成的循环数量。此外，SEMulator3D 能进行“虚拟测量”，帮助追踪并实时更新刻蚀工艺循环中的材料厚度。通过结合虚拟测量薄膜厚度估测和流程循环索引，用户可以在每个循环后准确获取原位材料刻蚀深度的测量结果。用 SEMulator3D 模拟刻蚀终点探测的示例初始设定在一个简单示例中，我们的布局图像显示处于密集区的四个鳍片和密集区右侧的隔离区（见图1）。我们想测量隔离区的材料完成刻蚀时密集区的刻蚀深度。我们将用于建模的区域用蓝框显示，其中有四个鳍片（红色显示）需要制造。此外，我们框出了黄色和绿色的测量区域，将在其中分别测量隔离区的薄膜厚度 (MEA_ISO_FT) 和沟槽区的刻蚀深度 (MEA_TRENCH_FT)。工艺流程的第一步是使用 20nm 厚的硅晶体层（红色）、30nm 的氧化物（浅蓝色）和 10nm 的光刻胶（紫色）进行晶圆设定（图2）。我们曝光鳍片图形，并对使用基本模型刻蚀对光刻胶进行刻蚀，使用特定等离子体角度分布的可视性刻蚀对氧化物材料进行刻蚀。氧化物对光刻胶的选择比是100比1。我们在 SEMulator3D 中使用可视性刻蚀模型来观察隔离区和有鳍片的密集区之间是否有厚度上的差异。图1：模型边界区域（蓝色），其中包含四个鳍片（红色）和用于测量隔离区（黄色）和沟槽区（绿色）薄膜厚度的两个测量区域图2：SEMulator3D 模型，硅晶体（红色）、氧化物（浅蓝色）和在光刻胶中显影的四个鳍片（紫色）SEMulator3D 刻蚀终点探测循环SEMulator3D 的工艺流程使用 Until Loop 循环流程。我们将测量隔离区的材料厚度，并在隔离氧化物薄膜耗尽、即厚度为0时 (MEA_ISO_FT==0) 停止该工艺。在这个循环中，每个循环我们每隔 1nm 对氧化物材料进行1秒的刻蚀，并同时测量此时隔离区氧化物薄膜厚度。此外，我们将在每次循环后追踪两个鳍片间沟槽区的刻蚀深度。这个循环索引有助于追踪刻蚀循环的重复次数（图3）。图3：SEMulator3D 刻蚀终点探测模拟中的循环流程结果对隔离薄膜进行刻蚀，直至其剩余 20nm、10nm 和 0nm 深度的模拟结果如图4所示。模型中计算出隔离薄膜厚度的测量结果，以及两个鳍片间沟槽区的刻蚀深度。图4：隔离区薄膜厚度剩余 20nm、10nm 和 0nm 的工艺模拟流程，及相应从光刻胶底部开始的沟槽刻蚀深度我们对循环模型进行近30次重复后，观察到隔离区的薄膜厚度已经达到0，并能追踪到沟槽区氧化物的刻蚀深度（当隔离区被完全刻蚀时，密集区 30nm 的氧化物已被刻蚀 28.4nm）。结论SEMulator3D 可用来创建刻蚀终点探测工艺的虚拟模型。这项技术可用来确定哪些材料在刻蚀工艺中被完全去除，也可测量刻蚀后剩下的材料（取决于刻蚀类型）。使用这一方法可成功模拟原位刻蚀深度控制。使用类似方法，也可以进行其他类型的自动工艺控制，例如深度反应离子刻蚀 (DRIE) 或高密度等离子体化学气相沉积 (HDP-CVD) 工艺控制。参考资料：[1] Derbyshire, Katherine. In Situ Metrology for Real-Time Process Control, Semiconductor Online, 10 July 1998, https://www.semiconductoronline.com/doc/in-situ-metrology-for-real-time-process-contr-0001.[2] SEMulator3D V10 Documentation: Sequences, Loops, Variables, etc.

Semën Gorfman 博士的实验室被用于进行独立研究和作为教学平台。在采访他时，我们看到了这些晶体结构模型。‍‍‍‍乍一看，为实验室建造一个定制的衍射仪似乎是一次奇特的冒险——专为技术爱好者、特定应用、大量预算和繁琐的程序而设计。那么，为什么会有人承担这样的项目呢？ ‍在本文中，Semën Gorfman 博士回顾了他构建定制X射线衍射仪的经历，并表示，也许最困难的部分就是开始的决心。良好的合作和清晰的愿景是他成功的关键，这也得益于他在实验室和同步加速器源中使用 X 射线衍射仪的经验。‍‍‍ 掌握现在，展望未来与很多其他的科学家的经历类似，Semën Gorfman博士在多个研究所进行了他的研究工作，并在晶体学和固态物理学方面达成了很多合作。因此，当他在特拉维夫大学(Tel Aviv University)担任高级讲师时，他很清楚，建立一个研究实验室是伴随着挑战的。"很难预测十年或更长时间后的需求，所以方案需要有灵活性"，Semën开始讲述。“对我来说，灵活性意味着设计一个可用于独立研究和教学平台的定制衍射仪。” 当然，这样一个大项目并不是完全出乎意料的。根据他以前使用各种衍射仪器的经验，他已经意识到，许多商业衍射仪是针对特定的任务而优化的。"他评论说："另外，我长期以来一直梦想着制作一个类似于多用途光束线的衍射仪：一个可升级的衍射仪，这将适合当前的研究兴趣和未来的总体需求。 事实上，Semën 的研究兴趣很广泛，涵盖先进材料和 X 射线技术。 “为了确保研究计划的灵活性，我们的目标是制造一种能够在不同单晶 X 射线衍射配置和设置之间快速轻松切换的衍射仪。 不同的配置包括，例如，寻找晶体取向、漫散射测量、高分辨率倒易空间映射、研究薄膜和执行原位测量。 除了配置之间的快速切换外，升级和修改的可能性对于将来增加更多的配置也很重要"，他解释说。 灵活的衍射仪建造这样一台衍射仪有赖于两项基本任务：单独挑选每个部件，然后确保所有部件都集成到一个可以完全支持材料研究的单元组合中。因此，Semën与Youli Li博士合作，后者是加州大学圣巴巴拉分校X射线设施的技术总监，同时还经营着Forvis Technologies公司，该公司为定制X射线仪器提供咨询和设计服务。“Youli 在构建 X 射线衍射仪方面有丰富的经验，同时在工程、机械和软件方面也有着广泛的知识储备，他是这个项目的完美合作伙伴。相隔半个地球和近十几个时区，我们共同努力挑选系统的每一个组件”，Semën 评论道。该项目从一个四圆 Huber 测角仪开始，它可以保证 Semën 和 Youli 在本实验中操作的灵活性。其可以涵盖各种实验设置，同时也让他们可以不受限制地自由选择其他组件。这些组件包括微焦点、铜基X射线源（来自 Xenocs）； 准直X射线光学器件； 四反射单色仪（来自 INTEGRATDS）；分析器晶体；一个DECTRIS PILATUS3 R 1M探测器；和一个闪烁计数器。通过SPEC可以促进对衍射仪的控制，同时使用内部脚本执行数据分析。最终的衍射仪设计发布于2021年，摘要中肯定包含一个关键词：灵活性！Semën 和 Youli 为衍射仪选择的单色仪允许他们通过两种模式使用：在非常高的通量模式下，或者在抑制 Kß 辐射的同时保持最佳通量的高分辨率模式下。DECTRIS PILATUS3 R 1M 探测器的大覆盖面积和像素尺寸进一步支持了实验灵活性的理念：其可以针对每个样品优化角度覆盖范围和分辨率。闪烁计数器与分光晶体结合使用可实现极高的分辨率，并且晶体也可以移入和移出。最后，Youli设计了一个联锁系统，以使衍射仪完整且可供用户使用。 "有时我开玩笑说，我们有一百万零一个探测器。但是，玩笑归玩笑，大面积的探测器是衍射仪设计的主要要求之一。凭借一百万个混合像素、DECTRIS PILATUS3的触发功能以及我们实施的 SPEC 通信，我们可以做很多事情，例如小型多用途光束线”，Semën 评论道。 不幸的是，我们与Semën的会面是在网上进行的，因此没有机会亲眼看到机器。不过，他让我们在网上参观了实验室，他还上传了一张衍射仪的图片作为背景画面。 接下来是什么？最终，衍射仪会成为一个真正的国际化产品：使用德国机械装置、斯洛伐克单色仪、法国光源和瑞士探测器。与此同时，数据处理依靠的是使用Matlab的内部脚本。“这对学生来说有点困难，但这也是非常好的训练，因为它需要对晶体学有更深入的了解”，Semën 评论道。 现在衍射仪已经启动并运行，Semën 和他的团队正计划将重点放在材料上，特别是铁电体和压电体，以及应用晶体学。 这项研究已经催生了一些出版物的产出，例如使用互易空间映射的孪生研究。 “然而，我们也对仪器和方法保持开放的态度； Semën 总结道，衍射仪是灵活的，因此有发挥的空间。这些图像显示了BaTiO3晶体的互换空间图。来源：Gorfman, S. et. al. (2022), Acta Cryst. A78, 158-171. CC licensce https://journals.iucr.org/a/issues/2022/03/00/lu5017/lu5017.pdf 我们再次祝贺Semën、Youli和所有参与项目的人获得成功，并祝愿Semën和他的小组在今后的项目中一切顺利。今年，Semën将参加在巴黎举行的欧洲晶体学会议，因此我们期待着尽快与他进行更多交流。 参考文献S. Gorfman, D. Spirito, N. Cohen, P. Siffalovic, P. Nadazdy, and Y. Li, “Multi-purpose Diffractometer for In-Situ X-Ray Crystallography of Functional Materials”, J. Appl. Crystallogr. 54, 914 (2021). SNBL: A Multi-purpose Beamline at the ESRF A Service Crystallography Lab in BaselX-ray Crystallography at the University of ZürichSolid-State Research at the Max Planck InstituteLaboratory for Green ChemistryIn-Situ Powder Diffraction in a Lab with MYTHEN2

近日，在美国国家能源技术实验室（NETL）的资助下，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）正在制造一个新的探测器原型机，用于在现场快速检测和表征化石燃料资源和废料中的稀土元素。据悉，该探测器集成了激光诱导击穿光谱法（LIBS）和拉曼光谱法，仅有背包大小，允许在单个现场仪器内分析评估样品的化学组分和矿物组成，并且在分析前不需要进行样品制备。这台仪器在10秒钟内可以快速测定样品的化学组分及含量，用于勘探含高品位易提取稀土元素的资源时可以节省时间和成本。据估计，在目前的技术开发阶段，激光诱导击穿光谱分析仪的检测限低于10 ppm。稀土元素常见于磷酸盐岩中，但是该仪器也可以检测硫酸盐岩和碳酸盐岩中的稀土元素。国家能源技术实验室矿物可持续性团队的项目经理Jessica Mullen表示，“洛斯阿拉莫斯国家实验室研制的集成化、便携式激光诱导击穿光谱法+拉曼光谱法分析仪最早是该实验室与美国国家航空航天局（NASA）为在火星上使用而合作开发的。在国家能源技术实验室的资助下，研究人员正在探索该技术的更合适用途。通过以新的方式应用现有技术以及将这些技术用于新的用途，国家能源技术实验室及其在学术界、工业界和能源部国家实验室的合作伙伴正在开发传统的燃料资源的新用途，这将激励进行新的环境修复，同时也创造新的就业机会，在这一过程中，为在经济衰退中备受煎熬的煤炭开采地区注入新的活力。”目前，研究人员正在将集成化的激光诱导击穿光谱仪和拉曼光谱仪设计成为一台可装入背包的便携式现场仪器，计划在今年夏季开始实验室和现场测试。

近日，中科院合肥研究院安光所张为俊研究员团队在腔增强吸收光谱OH自由基探测技术方面取得新突破，相关研究成果以《基于中红外分布反馈二极管激光器的光学反馈腔增强吸收光谱技术应用于OH自由基探测》为题发表于美国光学学会(OSA)学术期刊Optics Express。 　　OH自由基是大气中最重要的氧化剂，其快速循环反应决定着大气中主要污染物的生成和去除。由于反应活性高，寿命短，在大气中浓度低，准确测量十分困难，是当今大气化学领域非常重要和挑战性的研究内容。 　　团队赵卫雄研究员和杨娜娜博士等人发展了2.8微米中红外光学反馈腔增强技术，为OH自由基探测提供了一种新的直接探测手段。该技术利用谐振腔的共振光反馈回激光器，可以有效压窄激光器线宽，实现光学自锁定，提高激光入射谐振腔的耦合效率，实现高灵敏度探测。 　　团队采用波长调制的方法，以腔模的一次谐波为误差信号反馈给压电陶瓷控制器，精确控制距离，从而达到相位实时锁定，在800 米有效光程下获得1.7×10-9 厘米-1探测灵敏度，对应OH自由基探测极限为~2×108 个/立方厘米。该技术进一步与磁旋转吸收光谱(FRS)和频率调制光谱(FMS)等技术相结合，将为大气OH自由基直接探测提供新的途径。 　　本研究得到国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、第二次青藏高原综合科学考察研究项目、中国科学院青年创新促进会、中国科学院合肥物质科学研究院院长基金资助。

承担中国探月工程第二步&ldquo 落月&rdquo 任务的嫦娥三号探测器将于今年12月份择机发射，它将实现中国航天器首次在地外天体的软着陆，从嫦娥三号着陆器中释放的月球车还将完成中国首次在月表的巡视探测。 　　昨日，探月与航天工程中心启动为中国第一辆月球车全球征名的活动，要求名称体现探月理念和月球车特点。参与者除了要选好名称，还要提交一份不多于300字的创意说明和背景阐述，每人最多允许提交5个方案。从昨日开始到10月25日，参与者可以提交方案，11月上旬，将确定最终入选名称。部分获奖者将有机会免费亲临西昌发射中心现场观摩嫦娥三号发射。 　　目前，包括月球车，以及嫦娥三号着陆器等组件，都已经被运抵西昌卫星发射基地。嫦娥三号已经进入到了发射前在前方发射场的调试、测试、准备阶段。 　　一、嫦娥三号探测器揭秘 　　看着像辆车 实为机器人 　　正在向全球征名的月球车将跟随年底择机发射的嫦娥三号&ldquo 着陆探测器&rdquo 展开对月球表面的探测。探月工程总设计师吴伟仁说，这不仅是我国第一辆月球车，且全部为中国制造，国产率达到100%。 　　嫦娥三号探测器 　　二、长相：身背太阳翼 脚踩&ldquo 风火轮&rdquo 　　月球车的专用名称叫做&ldquo 月面巡视探测器&rdquo ，设计质量是140公斤，由移动、结构与机构、导航控制、综合电子、电源、热控、测控数传和有效载荷等分系统组成。 　　在活动现场，记者看到了月球车1：2的模型，从模型上看，它的大脑袋上有一个定向天线和几个太阳敏感器，两侧为太阳翼，尾巴上很多天线，右后侧是导航相机和全景相机。它脚踩六个&ldquo 风火轮&rdquo 似的移动装置。腹部的&ldquo 秘器&rdquo 最多：包括红外成像光谱仪、避障相机、机械臂、激光点阵器等。 　　中国航天科技集团公司宇航部部长赵小津说，从严格意义上来说，月球车并不是一辆车，而是一个长着轮子，能够适应恶劣空间环境并开展空间科学探测的航天器，是一个小型化、低功耗、高集成、高智能的机器人。 　　据了解，月球车驶下着陆探测器后，可通过地面遥操作控制和自主规划路径，自主导航等开展长期的科学探测。 　　三、落月靠"3只眼" 　　嫦娥三号任务是我国探月工程&ldquo 绕、落、回&rdquo 三步走中的第二步，是承前启后的关键一步。在&ldquo 绕月&rdquo 阶段，中科院上海技术物理所、上海光学精密机械所为嫦娥卫星研制了&ldquo 激光眼&rdquo &mdash &mdash 激光高度计，为我国首幅全月面三维图提供了高程，相当于地球上的海拔高度。即使在无可见光的月面环境下，激光计也能&ldquo 拍摄&rdquo 自如。 　　但比起距离月面一两百公里外的绕月，零距离接触的落月对激光测距精度和速度提出了极高要求。在我国探月初期，嫦娥卫星对月发射一束激光，在月面形成的&ldquo 激光足印&rdquo 约有120米方圆范围，而嫦娥三号激光测距的&ldquo 足印&rdquo 将小到米级，测量精度进一步提高，可实时监测嫦娥三号着陆器距离月面的高度。 　　除了这束&ldquo 大激光&rdquo ，&ldquo 嫦娥&rdquo 还有一道灵敏度极高的&ldquo 小激光&rdquo 。当&ldquo 嫦娥&rdquo 向月面释放着陆器，着陆器将在接近月面时，通过激光三维成像，进一步&ldquo 观察地形&rdquo ，获取正下方图像。如下方不适合降落，它就马上换一块地方，确保着陆点相对更为平坦。这种接近&ldquo 现场直播&rdquo 的实时成像需在数秒内完成，为此中科院上海技物所研制的三维成像系统采用了多源激光并扫、实时成像方法，这种实测方式是在着陆月球时首次应用。 　　两只&ldquo 激光眼&rdquo 之外，&ldquo 嫦娥&rdquo 另有一只&ldquo 红外眼&rdquo &mdash &mdash 红外成像光谱仪。这台仪器置于俗称&ldquo 月球车&rdquo 的月面巡视器上，当巡视器从着陆器中驶出，便开启这一关键探测设备。这只&ldquo 眼睛&rdquo 不但能在可见光范围获得上百个光学波段的图像，还能用来探索可见光之外的&ldquo 光&rdquo ，捕捉月球物质资源放出的红外线光谱。因为每种物质都有其独特的&ldquo 红外图谱&rdquo ，红外成像光谱仪以极高的光谱分辨率&ldquo 拍摄&rdquo 月表物质，并能通过计算机直接将物质分门别类。 　　对于登月任务以及其后实施的返回任务，卫星发射重量越轻越好，因此&ldquo 嫦娥&rdquo 严格控制体重。相关项目负责人上海技物所研究员王建宇透露，此次星载的红外成像光谱仪只有5公斤多，是&ldquo 嫦娥&rdquo 3只眼中最轻的，而机载的同类光谱仪重量可达百公斤。今后，这种超轻型成像光谱仪器还能用于火星、小行星等更遥远的深空探测任务。 　　四、性能：耐极限温度 能爬坡越障 　　月球车以太阳能为能源，能够耐受月球表面真空、强辐射，以及从正150摄氏度到负180摄氏度，温差超过300摄氏度的极限温度和环境。工作时的舱内温度可以控制在零下20摄氏度至零上50摄氏度之间。 　　月球车凭借六个轮子可实现前进、后退、原地转向、行进间转向、20度爬坡、20厘米越障。 　　&ldquo 月面松软、崎岖不平、障碍物很多。月球车能够对月面环境和障碍进行感知和识别，然后对巡视的路径进行规划。月球车在月面巡视时采取自主导航和地面遥控的组合模式。&rdquo 探月工程副总指挥、探月与航天工程中心主任李本正说。 　　五、作息：大干3个月 一觉14天 　　月球上的一天相当于地球上的27天多，月球昼夜间隔相当于地球上14天。李本正说，月球车具备月球表面环境的生存能力，该休息的时候自动进入休眠状态，然后又能自动唤醒重新工作。据新华视点消息，月球车在月球上是连续工作14天，然后&ldquo 睡&rdquo 14天再重新工作。 　　在月球表面巡视的3个月中，月球车将依靠各种先进设备对月表进行三维光学成像、红外光谱分析，开展月壤厚度和结构的科学探测，对月表物质主要元素进行现场分析。它传回来的数据，将帮助人们更直接、更准确地了解神秘的月亮。 　　六、月球车探月过程： 　　1、动身 　　今年12月，中国将在西昌卫星中心用长征-3B增强型火箭发射&ldquo 嫦娥三号&rdquo 。 　　2、着陆 　　当&ldquo 嫦娥三号&rdquo 完成发射、飞行到达月球时，着陆探测器采取不同制导方式，从距月面15公里处开始动力下降，经过主动减速、调整接近、悬停避障等飞行阶段，实现路径优、燃料省、误差小的安全着陆。 　　&ldquo 到达月球轨道后，月球车将由着陆器背负，由变推力液体火箭发射器控制，通过各种光学、微波等敏感器测量，在月球表面百米高度上进行悬停和平移，以规避岩石和深坑等障碍，选择最佳着陆点缓慢降落月球表面。&rdquo 中国航天科技集团公司宇航部部长赵小津说。 　　3、准备 　　着陆器为月球车充电，对月球车进行初始化 之后月球车与地面建立通信链路，控制连接解锁机构解锁，走上转移机构 着陆探测器将控制转移机构运动到月面，月球车驶离转移机构，开始勘查。 　　4、勘查 　　为期3个月，月球车将依靠各种先进设备对月表进行三维光学成像、红外光谱分析 开展月壤厚度和结构的科学探测 对月表物质主要元素进行现场分析。

12月6日，中国最早从事石墨烯技术研发的企业北京碳世纪科技有限公司召开技术发布会，发布全球首个石墨烯高端产业应用——“石墨烯表面波探测技术”。这一技术的问世将掀起全球探测技术革命。　　石墨烯是一种碳原子以sp² 杂化轨道组成的六角形呈蜂窝巢晶格状，只有一个碳原子厚度的二维材料，被称作是“新材料之王”。　　石墨烯表面波探测技术是指石墨烯表面形成的波在探测技术方面的应用。这一技术的优势在于具有超高的灵敏度和超快的响应速度，无论是科学还是技术领域均在世界上处于领先水平，将发挥出巨大商业与社会价值，引领全球探测技术革命。　　该技术可以替代基于传统SPR技术的探测系统，远高于SPR的响应速度和灵敏度，为科学研究提供更加准确、快捷的数据信息，能够极大地提高探测技术在科技、医疗、安防等行业中的应用效果，甚至帮助特殊人群完成“不可能完成的任务”。碳世纪CTO徐亭博士做石墨烯表面波探测技术演示　　石墨烯表面波探测技术的具体应用包含气态应用、液态应用和固态应用。　　在气态应用方面，可提供超快、高灵湿度探测与气体特异性检测。可应用到非接触、无声人机交互系统 非接触、无声安防系统 聋哑人“说话”系统 重症监护系统(呼吸监测) 毒气、易爆气体监测 即时、无痛疾病诊断 工业用气体监测系统等。 例如聋哑人“说话”系统，这一技术可以探测到聋哑人口腔湿度细微的变化，将湿度频率数据转换成语言信息，借助音响设备发声，帮助聋哑人用常人的声音表达自己。在非接触、无声安防系统的应用上，可以针对每一个人不同的气场信息订制安防方案，提高人身、财产安全保障。　　在液态应用方面，可提供超快、高灵敏分子探测和单细胞检测，应用到蛋白质工程、制药工程、癌症预防、血液检测、疫苗研发、抗癌药物筛选、抗癌药物机理研究等。运用这一技术，可以即时探测到癌症细胞的一举一动，为医生提供准确、快捷的病理信息，提高对患者用药量的准确度，达到更有效的治疗效果。　　在固态应用方面，可提供超快的二维材料厚度测量和二维材料品质鉴定，应用到石墨烯测量与鉴定、其他二维材料测量与鉴定和单分子层、膜材料测量与鉴定。碳世纪董事长闫立群与碳世纪科学家本色出演话剧《烯芯有声》，以话剧形式分享石墨烯表面波探测技术　　发布会上，业界人士对石墨烯表面波探测技术给予了很高的评价。“这在石墨烯领域是非常高端的技术，同时给探测技术带来的是颠覆性的变革，”一参会嘉宾表示。　　碳世纪董事长闫立群表示，科学指发现与突破，技术是要转为生产力，改变人们的生活。碳世纪始终坚持并践行的一份梦想就是运用石墨烯把科学发现转化为生产力，真正的实现“科学与技术让人们的生活更美好”。碳世纪董事长闫立群在发布会上讲解公司石墨烯技术与应用　　碳世纪作为一家专精于石墨烯工业化生产和石墨烯下游应用技术及产品研发与产业实践的高新技术企业，具备极强的创新性与创新精神。目前已建成全球首条石墨烯(单层碳原子)吨级生产线，成功研制了石墨烯光致电推动技术、石墨烯发动机油节能改进剂、超级电容器用石墨烯改性活性炭、石墨烯改性塑料、石墨烯空气净化系列产品和技术等。