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主题:天问要问天 -- 心有戚戚

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家园 【原创】祝融验光

难道祝融得了近视需要验光?不是,是祝融的光谱仪需要在火星环境中校准。祝融有不止一个的光谱相机,用来识别火表岩石和矿物。最显眼的是桅杆头部两个可见光地形三维相机中间的多光谱相机。它可覆盖的光谱包括可见光到近红外的9个波段,以便让祝融对巡视区附近的矿物岩石进行划分。为了对多光谱相机进行标定、以获取更准确的火表物质光谱,祝融的尾部装有一块定标板。上面有一突出物体,应该是发光二极管(LED)作为定标光源。在火星上,红外背景等的干扰和地球上的不同。在地球上标定好的多光谱相机,到了火星上就会“水土不服”。所以需要用定标板来进行校准,去除干扰。

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在真空环境中,光谱仪的标定就不容易发生变化。在天问一号环绕器上也装有火星矿物光谱分析仪,获取火星表面可见光至中波红外宽谱段的光谱成像数据,也就是从400纳米到3400纳米。其不仅涵盖的谱段宽,而且光谱分辨率达4纳米(相当于看彩虹分辨出576个不同颜色),为矿物资源分布和火星地质环境的探测提供科学数据。火星矿物光谱分析仪采用推帚式成像。相比普通相机一次只看一个谱段的信息,推帚式成像可以同时看到576个谱段,然后就像扫帚一样随卫星运动向前扫动,得到不同位置目标的几何形状信息。为了把火星矿物的红外信号测得更准,研究人员突破了红外背景抑制、组合定标等关键技术,在地球上就用各种方式将火星矿物光谱分析仪校准好了。

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除了多光谱相机,祝融上的火星表面成分探测仪带有对激光加温产生的等离子体观测的激光诱导击穿光谱仪(LIBS),覆盖从紫外到近红外的光谱(240-850 nm)。另外,表面成分探测仪还带了近红外光谱显微成像仪(SWIR)和微成像相机,都放置在反射镜下方的透镜底下,类似于一个大号的单反相机。SWIR覆盖850~2400 nm的光谱,用于矿物和岩石的仔细分析和识别。微成像相机的分辨率达900~1000 nm,可以获得探测目标的高空间分辨率图像。在桅杆上多光谱相机筛选出感兴趣的岩石矿物后,祝融再用SWIR对目标进行详查。确定了取样点后,微成像相机进行摄像和瞄准。然后固体激光器发出1毫秒左右的强脉冲,由LIBS光谱仪对所产生的等离子体进行记录,300毫秒内搞定。

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对于相同的物质,一样的激光脉冲在火星上产生的等离子体和在地球上的也不同,所以也需要标定。美国2011年发射的“好奇号”火星车上有一台称为化学相机(ChemCam)的LIBS,安装了一个激光定标板。由于天问一号火星探测与法国建立了双向的数据开放合作,通过法方的牵线搭桥,同样规格的定标板这次也分别安装在了美国“毅力号”火星车和祝融上。在火星上,祝融将用激光在标准样本上打出的定标等离子体来校准LIBS光谱仪。

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