MAVEN火星探测器

2013年11月19日美国发射的航天器

MAVEN是Mars Atmosphere and Volatile Evolution（火星大气与挥发物演化任务）的缩写。2013年11月19日2时28分，美国“火星大气与挥发演化”（MAVEN）探测器从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地顺利升空，踏上10个月的飞往火星之旅，2014年9月22日进入火星轨道，它的使命是调查火星大气失踪之谜，并寻找火星上早期拥有的水源及二氧化碳消失的原因。

研发

背景

很久以前，行星科学家曾相信，火星被一层厚厚的大气层笼罩，它保护着其存有水的表面——这样的环境允许生命的出现和繁衍。而如今科学家认为火星的大气层是稀薄的，其表面是一个寒冷、贫瘠的沙漠。

预计

火星大气与挥发物演化（MAVEN，意为专家）航天器将会穿过火星大气层的外层边缘，使用8种仪器测量气体并监测周围条件。这些测量能帮助研究人员弄清在亿万年间，不间断的太阳粒子风如何与小行星撞击以及同火星表面的化学物质相作用，从而耗尽了大气中的水和其他气体。

前景

行星科学家还在试图回答有关于火星表面的生命问题。在卫星远程测绘火星的地形和矿物质的同时，NASA已经在过去10年中向火星发送了3个探测器以研究古代沉积物中水存在的线索。

加利福尼亚大学洛杉矶分校地质物理学家Chris Russell并未参与MAVEN团队，他称，这样的分工遗漏了一些重要的信息来源。“我们进入了一种探索的僵化思维——我们迟早会到达火星表面，并在下一次做得更好。”Russell说，“我们需要打破这种模式，而MAVEN做到了。”MAVEN将会进入火星稀薄的上层大气层，并直接取样。

之前的火星卫星已经飞到了火星表面上方400千米到257千米处，而MAVEN将沿一个椭圆轨道运行，最近的位置在距火星土壤150千米处，最远将到达其大气层的电离外层。该飞行器还将进行5次“深层接触”，到达距火星表面125千米的高度，这使得其仪器可以搜集从电离层一直到低层大气边缘的数据。

目标

1.了解从大气逃逸至太空的挥发物于大气演化所扮演的角色，进而了解火星大气、气候、液态水和行星适居性的历史。

2.了解当今上层大气与电离层的状态，还有与太阳风的交互作用。

3.了解当今中性粒子与离子从大气逃逸的状况与相关机制。

4.测得大气中稳定同位素的比例，以了解大气随时间流失的情况。

结构特点

MAVEN中的6个仪器将会探究太阳风如何侵蚀火星高层大气的顶部——火星的大气层不像地球大气层那样被磁屏蔽保护。这些仪器中包括一个磁强计，可以测绘火星的电磁场，科学家相信火星的电磁场在火星历史早期很强大，但是如今只存在于火星地壳的磁化碎块中。这些磁化碎块保护了大气层免受太阳风的侵袭。磁强计的测量，加上另一种仪器对太阳风的观测，将会帮助研究人员了解大气层中哪些位置最易受太阳风的剥离。

另一种仪器是中性气体和离子质谱仪（NGIMS），它将会测量元素同位素比率，例如上层大气层中的氩气，以使研究人员掌握气体逃逸至太空的速度。“在大气层上层，气体不再完全混合，而因质量差异而分离，较轻气体的平均位置要比较重的气体高。”NASA戈达德宇宙飞行中心的研究人员Paul Mahaffy说，“这使其更易逃离火星。”

研发意义

Mahaffy称，测量氩-38和氩-36的比率如何随着高度变化而变化，可以通过揭示不同质量的气体以多快的速度穿过大气层，从而帮助研究人员模拟其逃离过程。通过将这些模型与其所了解的太阳如何随时间变化的信息相结合，研究人员可以推断火星不同历史时期其大气层的密度和成分。

研究人员认为有3个过程导致火星大气层变薄。“其中一个是二氧化碳脱离大气层，并在地壳中形成碳酸盐矿物。”Jakosky称。他指出探测器中的仪器所做的火星表面光谱分析将提供证据证实这一观点。“第三个过程是由太阳风驱动逃至太空。只有将所有这些过程综合起来，我们才能明白发生了什么。”Jakosky说。MAVEN还会携带一张包含1100条俳句的DVD，这些俳句是研究团队从2012年举行的竞赛中得到的。五个获奖作品中的一条这样写道：“火星，你如此神秘，我们渴望了解你。”

探索生涯

成功发射

美国东部时间2013年11月18日13时28分（北京时间19日2时28分），美国“火星大气与挥发演化”(MAVEN)探测器搭乘宇宙神Ⅴ型火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地顺利升空，踏上10个月的飞往火星之旅，2014年9月22日到达火星，预计比印度火星探测器早到达两天。

进入轨道

2014年9月22日完成为期10个月的飞行，进入火星轨道。据美国航空航天局戈达德太空飞行中心Maven项目负责人大卫·米切尔表示，Maven探测器及其携带的测量仪器均运行正常。据悉，当Maven探测器进入预期轨道之后，将用5周时间对各仪器进行校准。随后，探测器将进入最终椭圆轨道，与火星的距离从150公里到6000公里不等，以实现对火星高空大气层所有区域的观测。

大事记

1962年11月1日：前苏联发射了“火星1号”探测器，虽然它在飞离地球一亿公里时与地面失去联系，下落不明，但这次发射被视为人类探测火星的开端。

1964年11月28日：美国“水手4号”开始8个月的火星之旅，成为有史以来第一枚成功到达火星并发回数据的探测器。

1971年5月31日：美国“水手9号”升空，成为第一个火星轨道飞行器。它首次拍摄到火星全貌。

1996年12月4日：美国发射“火星探路者”，携带旅居者号火星车登陆火星。科学家根据发回的图片信息判定，火星曾经温暖和潮湿。

1998年7月3日：日本发射“希望”号探测器，但最终未能成功进入火星轨道。

2001年4月7日：美国发射奥德赛火星探测器，标志着美国火星探测计划重新启动。2002年，“奥德赛”发现火星表面和近地表层中可能有丰富的冰冻水，但这一问题存在争议。

2003年6月10日：携带勇气号火星车的美国“火星探测流浪者”号探测器发射升空，2004年1月3日在火星表面成功着陆。

2007年2月25日：欧洲航天局的罗塞塔彗星探测器靠近火星飞行，顺利完成利用火星引力调整飞行速度和轨道的任务。

2007年8月4日：美国发射“凤凰号”探测器，它在火星北极区域登陆后收集了冰样，而且还发现火星表面土壤的化学成分与海水非常类似。11月10日后“凤凰号”与地面失去联系。

2011年11月8日，中国萤火一号火星探测器与俄罗斯探测器搭载俄罗斯火箭一起发射升空。11月9日，俄方宣布火箭变轨失败，没能飞出地球轨道。

2011年11月26日，美国宇航局成功发射了好奇号火星车。2012年8月6日成功在火星表面完成软着陆。