化學和攝像綜合設施

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分別安裝於車身內的光譜儀（左）和桅杆上的激光望遠鏡（右）

化學和攝像綜合設施 (Chemistry and Camera complex) 是為火星上的「好奇號」漫遊車設計的一套遙感儀器，簡稱化學相機(ChemCam)。顧名思義，它實際上是將兩種不同的儀器合二為一：一台激光誘導擊穿光譜儀（LIBS）和一台遠程顯微成像儀（RMI）望遠鏡。激光誘導擊穿光譜儀提供岩石和土壤的元素組成，而遠程顯微成像儀將為化學相機科學家提供激光誘導擊穿光譜儀目標採樣區的高分辨率圖像[1]。激光誘導擊穿光譜儀可在最遠 7 米 (23 英尺) 以外的地方瞄準岩石或土壤樣品，用1067納米紅外激光產生的約 30 次 5 納秒脈衝，蒸發少量岩石或土壤樣品，然後觀察蒸發岩石發出的光譜[2]。

概述[編輯]

化學相機能夠記錄多達 6144 種不同波長的紫外線、可見光和紅外線[3]，可對240至800納米範圍內[1]的可見光、近紫外線和近紅外線等發光等離子體球進行檢測。「好奇號」在火星上用化學相機所執行的第一次初始激光測試，為2012年8月19日，對布雷德伯里着陸場附近的一塊稱作「加冕岩」上進行的[4][5][6]。

使用相同的光學採集元件，遠程顯微成像儀可提供激光誘導擊穿光譜分析點的背景圖像。它能在10米（33英尺）遠處解析1毫米（0.039 英寸）的物體，並在這一距離具有覆蓋20厘米的視野[1]，遠程顯微成像儀還被用於拍攝遙遠處的地質特徵和景觀圖像[7]。

化學相機設備套件由洛斯阿拉莫斯國家實驗室和法國輻射空間研究中心（CESR）實驗室開發[1][8][9]，桅杆單元的飛行模塊由法國國家太空研究中心（CNES）交付給洛斯阿拉莫斯國家實驗室[10]。

儀器設備[編輯]

激光誘導擊穿光譜儀[編輯]

「錢特里」岩的五幀遠程顯微成像儀拼接圖（左側），使用右側桅杆相機（M-100）圖像着色。圖片來源：美國宇航局/噴氣推進實驗室/洛斯阿拉莫斯國家實驗室/馬林空間科學系統/賈斯汀·考爾特

化學相機標誌着首次將使用激光誘導擊穿光譜 (LIBS) 作為行星探測任務的一部分[11][12]。激光器被安裝在好奇號漫遊車的桅杆上，並由同樣部署於桅杆上的望遠鏡聚焦，而光譜儀則被安放在漫遊車機身內。通常情況下，激光對一個點發射30次，每次發射時從汽化岩石中收集光譜讀數，並對選定目標上的多個點進行採樣。對於基岩觀測，一個點的前5次擊發讀數將被丟棄，因為它們被認為受到火星塵埃污染[13]，接下來的擊發讀數則被綜合平均以計算樣本的化學成分[11][12][14]。對於所有預定的目標，一般會設置9或10個分析點，但情況並非總是如此，有些目標可能只有4個點，而有些又會有20個點。

遠程顯微成像儀[編輯]

遠程顯微成像儀主要用於捕獲化學相機目標的高分辨率黑白圖像，用於背景和文檔記錄[14]。一般在激光發射之前和之後都會拍攝所關注目標的圖像。通常，激光會產生「擊穿坑」，可以顯微成像儀中看到這些凹坑，以顯示激光在特定目標上的具體採樣位置。遠程顯微成像儀的分辨率高於黑白導航攝像機（navcam）和彩色桅杆攝像機（mastcam）。

遠距離成像[編輯]

遠程顯微成像儀主要用於獲取化學相機採樣目標的特寫圖像，但也可用於拍攝遠處岩石露頭和景觀的高分辨率圖像[7]，它的空間分辨率高於桅杆攝像機 M100 相機，後者是一種彩色相機，也能夠對附近的物體或遠處的地質特徵成像 [7]。遠程顯微成像儀已被探測任務用於偵察即將到達的地形，以及成像遙遠的特徵，如蓋爾撞擊坑的邊緣。

科學貢獻[編輯]

化學相機與好奇號漫遊車上的其他儀器結合使用，在了解火星岩石和土壤的化學成分方面取得了進展。激光誘導擊穿光譜儀可檢測和量化目標基岩中的主要氧化物：二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化亞鐵(FeOT)、氧化鎂(MgO)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鈣(CaO)、氧化鈉(Na2O)和氧化鉀(K2O)[11][12][14]。根據軌道飛行器分析確定的可區分地質單元，已由化學相機和其他儀器測定的平均基岩成分得到證實[15]。

化學相機還對火星土壤化學進行了量化，它在蓋爾撞擊坑發現了兩種不同的土壤類型：一種更能代表火星全球土壤或灰塵的細粒鐵鎂質材料和一種源自蓋爾撞擊坑當地基岩的粗粒長英質材料[13]。化學相機能夠測量微量元素或元素痕跡，如鋰、錳、鍶和銣[16][17]。它在裂縫填塞物中檢測到氧化錳的含量高達25%（重量），表明火星上曾經擁有一個更富氧的環境[16]。

圖集[編輯]

另請查看[編輯]

參引文獻[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 MSL Science Corner: Chemistry & Camera (ChemCam). NASA/JPL. [September 9, 2009]. （原始內容存檔於March 20, 2009）. 
  2. ^ Wiens, Roger C.; Maurice, Sylvestre; Barraclough, Bruce; Saccoccio, Muriel; Barkley, Walter C.; Bell, James F.; Bender, Steve; Bernardin, John; Blaney, Diana; Blank, Jennifer; Bouyé, Marc. The ChemCam Instrument Suite on the Mars Science Laboratory (MSL) Rover: Body Unit and Combined System Tests. Space Science Reviews. 2012-09-01, 170 (1): 167–227. ISSN 1572-9672. doi:10.1007/s11214-012-9902-4 可免費查閱 （英語）. 
  3. ^ Rover's Laser Instrument Zaps First Martian Rock.. 2012 [2021-03-17]. （原始內容存檔於2021-12-10）. 
  4. ^ Webster, Guy; Agle, D.C. Mars Science Laboratory/Curiosity Mission Status Report. NASA. August 19, 2012 [September 3, 2012]. （原始內容存檔於2013-05-16）. 
  5. ^ Staff. 'Coronation' Rock on Mars. NASA. [September 3, 2012]. （原始內容存檔於2017-02-25）. 
  6. ^ Amos, Jonathan. Nasa's Curiosity rover prepares to zap Martian rocks. BBC News. August 17, 2012 [September 3, 2012]. （原始內容存檔於2021-11-27）. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 Le Mouélic, S.; Gasnault, O.; Herkenhoff, K. E.; Bridges, N. T.; Langevin, Y.; Mangold, N.; Maurice, S.; Wiens, R. C.; Pinet, P.; Newsom, H. E.; Deen, R. G. The ChemCam Remote Micro-Imager at Gale crater: Review of the first year of operations on Mars. Icarus. Special Issue: First Year of MSL. 2015-03-15, 249: 93–107. ISSN 0019-1035. doi:10.1016/j.icarus.2014.05.030 （英語）. 
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  9. ^ Wiens R.C.; Maurice S. Corrections and Clarifications, News of the Week. Science. 2008, 322 (5907): 1466. PMC 1240923 可免費查閱. doi:10.1126/science.322.5907.1466a. 
  10. ^ ChemCam Status April, 2008 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2013-11-09.. Los Alamos National Laboratory.
  11. ^ 11.0 11.1 11.2 Pre-flight calibration and initial data processing for the ChemCam laser-induced breakdown spectroscopy instrument on the Mars Science Laboratory rover. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2013-04-01, 82: 1–27 [2021-08-31]. ISSN 0584-8547. doi:10.1016/j.sab.2013.02.003 可免費查閱. （原始內容存檔於2021-11-04） （英語）. 
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 Maurice, S.; Clegg, S. M.; Wiens, R. C.; Gasnault, O.; Rapin, W.; Forni, O.; Cousin, A.; Sautter, V.; Mangold, N.; Deit, L. Le; Nachon, M. ChemCam activities and discoveries during the nominal mission of the Mars Science Laboratory in Gale crater, Mars. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2016-03-30, 31 (4): 863–889 [2021-08-31]. ISSN 1364-5544. doi:10.1039/C5JA00417A. （原始內容存檔於2022-01-21） （英語）. 
  13. ^ 13.0 13.1 Meslin, P.- Y.; Gasnault, O.; Forni, O.; Schroder, S.; Cousin, A.; Berger, G.; Clegg, S. M.; Lasue, J.; Maurice, S.; Sautter, V.; Le Mouelic, S. Soil Diversity and Hydration as Observed by ChemCam at Gale Crater, Mars. Science. 2013-09-27, 341 (6153): 1238670–1238670. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.1238670 （英語）. 
  14. ^ 14.0 14.1 14.2 Maurice, S.; Wiens, R. C.; Saccoccio, M.; Barraclough, B.; Gasnault, O.; Forni, O.; Mangold, N.; Baratoux, D.; Bender, S.; Berger, G.; Bernardin, J. The ChemCam Instrument Suite on the Mars Science Laboratory (MSL) Rover: Science Objectives and Mast Unit Description. Space Science Reviews. 2012, 170 (1-4): 95–166. ISSN 0038-6308. doi:10.1007/s11214-012-9912-2 （英語）. 
  15. ^ Frydenvang, J.; Mangold, N.; Wiens, R. C.; Fraeman, A. A.; Edgar, L. A.; Fedo, C. M.; L'Haridon, J.; Bedford, C. C.; Gupta, S.; Grotzinger, J. P.; Bridges, J. C. The Chemostratigraphy of the Murray Formation and Role of Diagenesis at Vera Rubin Ridge in Gale Crater, Mars, as Observed by the ChemCam Instrument. Journal of Geophysical Research: Planets. 2020, 125 (9): e2019JE006320 [2021-08-31]. ISSN 2169-9100. doi:10.1029/2019JE006320. （原始內容存檔於2021-08-31） （英語）. 
  16. ^ 16.0 16.1 Lanza, Nina L.; Wiens, Roger C.; Arvidson, Raymond E.; Clark, Benton C.; Fischer, Woodward W.; Gellert, Ralf; Grotzinger, John P.; Hurowitz, Joel A.; McLennan, Scott M.; Morris, Richard V.; Rice, Melissa S. Oxidation of manganese in an ancient aquifer, Kimberley formation, Gale crater, Mars. Geophysical Research Letters. 2016, 43 (14): 7398–7407 [2021-08-31]. ISSN 1944-8007. doi:10.1002/2016GL069109. （原始內容存檔於2018-09-08） （英語）. 
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外部連結[編輯]

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