好奇号|如何快速分辨毅力号和好奇号？看轮子就知道好奇号|毅力号|车轮|轮子|火星

这期聊聊毅力号新传回的照片。有些没有标准答案，大家放轻松，唠唠嗑~
新型车轮
这张照片是毅力号着陆的首个火星日里，由避障相机(HazCams)拍摄的。
【好奇号|如何快速分辨毅力号和好奇号？看轮子就知道】
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毅力号着陆后首个火星日拍摄的照片 | NASA/JPL-Caltech [1]
毅力号共有6个避障相机， 4个在前， 2个在后，相当于帮火星车看前方和后方地面的“眼睛” ，辅助火星车识别路障和安全行驶。前方的4个避障相机还兼任机械臂工作时的“监工” 。

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毅力号前后6个Hazcams的位置 | NASA/JPL-Caltech
照片中最醒目的是毅力号的车轮。毅力号有六个车轮，铝材质，每个直径52.5厘米。（也就是说，在不打滑的情况下，轮子转一圈可以让毅力号前进1.65米。）
熟悉好奇号的朋友，或许一眼就能看出毅力号和好奇号车轮的不同之处。为了防止侧滑，好奇号把车轮从勇气/机遇号使用的平行车辙，改为这样的V形（chevron）弯折。这样好奇号就可以更好地应对勇气/机遇号所行驶的沙地，避免遇到勇气号的悲剧。（勇气号就是因为陷入沙地不可自拔最终结束任务的）

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旅居者号、勇气/机遇号、好奇号的车轮大小和车辙花纹对比 | NASA/JPL-Caltech
然而，探索的魅力和困恼就在于：事情常常不会按预料的那样发展。装备一身穿沙技能的好奇号，实际遇到的地形状况又和勇气/机遇号不一样：这里有更多尖锐而坚硬的石头，而且是嵌在地下、不会轻易挪动的石头——它们会像尖刀一样不断“切割”好奇号轻薄的铝制车轮。
早在2013年10月，好奇号登上火星的411天后，项目组就已经发现车轮开始有破口了。

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2013年，好奇号的左前轮 | NASA / JPL / MSSS
在此后的几年里，好奇号车轮的破损越来越多。这是它的勋章，更是它的困扰。这些伤病延缓了好奇号的行驶速度，也让好奇号不得不为专门为此改道，选择一些更不容易损害车轮的路线。

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2016年 | NASA / JPL / MSSS

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2021年 | NASA / JPL / MSSS
当然，损坏好奇号车轮的原因不止一种，除了利石，还有金属疲劳引起的撕裂等等，蒙酱这里不详细展开了， Planetary Society的Emily Lakdawalla曾经详细写过好奇号的车轮破损问题，感兴趣的可以移步去看看 [2] 。
好奇号踩过的坑，毅力号肯定是要努力避免的。毅力号再次改进了车轮的设计，让车轮更加坚固耐磨：改回近乎平行的车辙（但是微微加了一点波浪曲线），就是其中一项——这可以减少车轮的金属疲劳。金属疲劳产生的应力在V型车辙的尖端处最大，如果仔细看上面两张图，也可以看到确实很多撕裂都是从车辙的V型尖端处开始的。

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好奇号vs毅力号车轮。来源：NASA/JPL-Caltech
不过，毅力号这次依然使用了铝制车轮，并没有替换更坚固的材料，例如钛合金。这是因为火星车对质量的限制还是非常苛刻的，需要车轮尽量轻，密度尽量小。这一方面是因为车轮尺寸很大，这意味着一点微小的设计调整都可能大大增加整个火星车的总质量（例如，车轮厚度增加1毫米，总质量会增加10公斤）。更重要的原因是，车轮本身也不能太重。据好奇号的项目经理Jim Erickson所说，在火星车降落过程中展开轮子的那一刻，突然改变的重量分布会给降落系统带来很大的扰动，让降落过程变得更危险[2] 。
总之，相信目前毅力号车轮的设计已经是工程师们吸取过去火星车的经验，同时充分尝试对比之后的最优方案了。希望毅力号的车轮可以更加坚韧皮实吧~
多孔石头
还是这张照片，车轮旁边的几块石块也有点意思。即使你没有任何地质知识，也一定可以看出这些石块并不光滑，上面有很多小孔，和我们平常路边看到的石头不一样。

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毅力号着陆后首个火星日拍摄的照片 | NASA/JPL-Caltech [1]
这些是什么石头？科学地来说，我们现在还确定不了，但可以猜一猜。
当然，也不能瞎猜。
毅力号脚下会拍到什么石头，首先得定位到毅力号到底落在哪里了。知道这个不难，迄今为止最强大的火星轨道器相机，火星探测飞行器（MRO）携带的HiRISE相机，还在工作中。这个相机可以在距火星表面300公里高空拍摄目标区域的照片，分辨率高达0.3米/像素。
HiRISE相机不仅拍到了降落过程中的毅力号，也拍到了降落之后的毅力号和各种组件。

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毅力号降落伞、背罩、空中吊车、隔热盾和火星车实际落在火星上的位置 | 底图来自NASA/JPL-Caltech/PIA24333
简单匹配一下，就可以定位毅力号的准确着陆点（绿色点）：

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之前的诸多火星轨道器都遥遥探测过这片区域，结合影像和光谱等各种数据，地质学家们制成了这篇区域的详细地质图。简单对应一下可以看到，毅力号着陆区位于地质图里粉紫色区域里。这里位于杰泽罗撞击坑坑底，表面是火山活动的产物（被划分为Njf单元，即杰泽罗撞击坑坑底单元）[3]

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但具体是哪种火山活动产物，这个目前是有争议的。有些研究者认为这里是喷出的火山熔岩[4] ，而有些研究者则认为这里是火山灰沉积物或者火山碎屑沉积物[3]——具体是那种，还需要毅力号的实地探测来给出答案。
仅从目前已知的地质背景和照片里拍到的质地形态来说，很多行星地质学家认为这最可能是多孔玄武岩（vesicular basalt）。这是一种火山喷发的熔岩冷却而成常见的产物，在地球和月球火山产物里也很常见。

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（左）美国亚利桑那州落日火山口的多孔玄武岩 | 维基/Jim Stuby；（右）阿波罗15号在月球哈得利溪采集并带回的多孔玄武岩，编号15016 | NASA# S71-46632
虽然看着挺像，但实际到底是什么，光看图说话还不够，大自然可太复杂啦。还是得等毅力号用仪器实际探测过成分再见分晓了~
致谢
本文感谢Planetary Utopia小组的讨论~
参考资料
[1] NASA | Perseverance’s Big Wheel
https://www.nasa.gov/image-feature/jpl/perseverance-s-big-wheel
[2] TPS | Emily LakdawallaCuriosity wheel damage: The problem and solutions
https://www.planetary.org/articles/08190630-curiosity-wheel-damage
[3] Sun, V.Z., and Stack, K.M., 2020, Geologic map of Jezero crater and the Nili Planum region, Mars: U.S. Geological Survey Scientific Investigations Map 3464, pamphlet 14 p., 1 sheet, scale 1:75,000, https://doi.org/10.3133/sim3464.
[4] Goudge, T. A., Mustard, J. F., Head, J. W., Fassett, C. I., & Wiseman, S. M. (2015). Assessing the mineralogy of the watershed and fan deposits of the Jezero crater paleolake system, Mars. Journal of Geophysical Research: Planets, 120(4), 775-808.

好奇号|如何快速分辨毅力号和好奇号？看轮子就知道

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