毅力的眼睛看到了不同的火星

恐怖的七分钟结束了。降落伞已部署； Skycrane火箭发射了。机器人卡车响了！恒心号是人类在1.28亿英里之外建造的用于科学飞行的流浪者，它正在火星上行驶。 ew

流动站上布满了几十个摄像头，如果您将这两个摄像头放在无人直升机上，则为25个。它们中的大多数可帮助车辆安全驾驶。少数人密切而密集地凝视着古老的火星岩石和沙滩，寻找曾经存在于此的迹象。一些相机几乎完全像制作相机的人那样观看颜色和纹理。但是他们也看到更多。而且更少。流动站的摄像机所想象的颜色超出了人眼和大脑所能想到的颜色。然而，人类的大脑仍然必须对它们寄回的图片有所了解。

要找到生活的暗示，您必须去一个曾经宜居的地方。在这种情况下就是Jezero Crater。三，四十亿年前，它是一个浅水湖，沉积物沿墙流下。如今，这些悬崖是150英尺高的悬崖，被分布在整个三角洲的干燥沉积物横纹和多色。

这些颜色是地质图。它们代表时间，分层放置，层层层叠，层层层叠。它们代表化学。 NASA科学家将照相机对准他们（正确的照相机），将能够分辨出他们正在寻找的矿物质，或许还可以将曾经被称为沉积物的火星野兽称为“家”。 “如果火星上有沉积岩保存任何古代生物圈的证据，那么我们将在这里找到它们，”亚利桑那州立大学的行星科学家，流动站上其中一组探测器的首席研究员吉姆·贝尔说。眼睛。 “这就是他们应该去的地方。”

这就是他们想要的。但这不是他们看到的。因为在现实生活中，一些50米长的图表中一些最有趣的颜色是看不见的。至少在地球上，它们对您和我都是如此。颜色是指当光线从某物周围或周围反射回来，然后撞到眼睛时发生的情况。但是火星上的光与地球上的光有些不同。毅力的眼睛可以看到人类无法看到的光-由反射的X射线或红外或紫外线制成的光。物理上是相同的。感觉不是。

贝尔（Bell）的团队使用了Mastcam-Z，这是一套安装在恒心塔顶上的超双筒望远镜。 （Z代表变焦。）“我们开发Mastcam-Z是为了让火星车到达尚未被选中的火星车，所以我们必须在设计时考虑到所有可能的可能性-最佳的眼睛西华盛顿大学的行星科学家，Mastcam-Z的共同研究人员梅利莎·赖斯（Melissa Rice）说道。

特写镜头，Mastcam-Z可以看到约1毫米宽的细节；从100米外的地方开始，它将获得仅4厘米宽的功能。那比你和我更好。它还可以看到更好的颜色，或者说“多光谱”，可以捕获人类习惯的宽带可见光谱，但也可以捕获大约十二种窄带的非相当颜色。 （Rice与所有人员共同撰写了一篇非常不错的文章。）

它的两个摄像头采用了柯达制造的标准，现成的图像传感器，像手机中那样的电荷耦合设备，实现了这种超​​级监控的壮举。过滤器使它们特别。 CCD的前面是一层像素，可以拾取红色，绿色和蓝色。想象一下一个四边形网格-顶部的正方形是蓝色和绿色，底部的绿色和红色。现在，将其散布成重复的马赛克。这就是所谓的拜耳（Bayer）模式，这是您眼中三种颜色感应感光器的硅版本。

火星和地球沐浴在相同的阳光下–在每个波长下都散布着相同的大杂烩。但是在火星上却很少，因为地球距离更远。尽管地球的大气层充满水蒸气以反射和折射所有的光，但火星只有一点大气层，并且充满了微红色的尘埃。

在火星上，这意味着很多红色和棕色。但是在火星上看到它们会增加其他的感知过滤器。 “我们谈论的是显示近似的真实彩色图像，基本上接近于我们用非常少的处理即可拍摄的原始彩色图像。那是火星人眼所见的一个版本。”赖斯说。 “但是人眼演变成在地球照明下看到风景。如果我们想重现人眼所看到的火星，我们应该在这些火星景观上模拟地球的光照条件。”

因此，一方面，致力于Perseverance原始供稿的图像处理团队可以将火星颜色调整为土色。或者团队可以模拟火星撞击火星上物体的光谱。看起来有些不同。确实如此，但也许更像火星上的人类实际看到的那样。 （不知道火星人会看到什么，因为如果有火星的眼睛，那双眼睛会演化成在天空下看到颜色的东西，而且他们的大脑很可能是外星人。）

但是赖斯有点不在乎。 “从某种意义上说，对我来说，结果甚至不是视觉上的。我感兴趣的结果是定量的。”她说。赖斯正在寻找岩石中的物质反射或吸收特定波长的光的数量。 “反射值”可以准确告诉科学家他们正在看什么。拜耳滤光片对波长大于840纳米（即红外线）的光透明。在该层的前面是一个装有另一组过滤器的轮子。遮挡人类可见光的颜色，然后您就拥有了一台红外热像仪。选择较窄的波长集，您可以通过它们反射不同波长的红外光的方式来识别和区分特定种类的岩石。

在毅力离开之前，Mastcam-Z团队必须确切地了解相机如何看到这些差异。他们创建了一个“地理委员会”，这是一次集思广益会议的参考色板，还包括实际的正方形岩石切片。赖斯说：“我们用已知在火星上的各种不同类型的岩石板组装而成，希望能在火星上找到。”例如？在那块木板上是矿物矿物的玄武岩和石膏。赖斯说：“在正常的彩色图像中，它们都看起来像是明亮的白色岩石。”两者都主要是钙和硫，但是石膏中混入了更多的水分子，并且在某些红外波长下，水反射的比其他波长要多。赖斯说：“当我们使用更长的Mastcam-Z波长制作假彩色图像时，一天中哪一天就变得清晰起来了。”

对于所有的多光谱多任务处理，Mastcam-Z确实有其局限性。它的分辨率非常适合纹理处理（稍加说明），但是其视场仅约15度宽，而且拖拽的上传带宽会使您的家用路由器咯咯地笑。对于“毅力”将要寄回家的所有精彩图像，它确实看不到太多。至少不是一次全部。所有这些远景都会受到技术和距离的限制。 “老兄，我们的工作很琐碎，”贝尔说。 “我们使用颜色代替'嘿，这很有趣。也许那里有某种化学作用，也许那里有一些不同的矿物质，有不同的质地。’颜色是其他东西的代表。”

流浪者的视野狭窄，这意味着科学家从定义上看不到他们可能希望的一切。贝尔和他的团队在对南加州沙漠​​中的摄像头和机器人体验进行模拟时，体会到了这些限制。他说：“作为一种玩笑，也是一种客观的课程，我在其中一个野外测试中的同事曾经将恐龙骨头放在流动站的路径上。” “我们开车经过了它。”

为了识别实际元素，更重要的是弄清楚它们是否曾经拥有生命，您需要更多的颜色。这些颜色中的一些甚至更不可见。这就是X射线光谱学的用武之地。

具体来说，在Perseverence手臂上运行一个传感器（X射线岩石化学行星仪器或PIXL）的团队正在寻求将矿物质的元素配方与细粒度的纹理相结合。这样便可以找到叠层石，沉积层以及微小的圆顶和圆锥体，这些圆锥体只能来自活微生物的垫子。地球上的基质石提供了这里最早的生物的一些证据。毅力的科学家希望他们能在火星上做同样的事情。

PIXL小组的负责人，喷气推进实验室的一位天体生物学家和现场地质学家Abigail Allwood曾经做到过。她将这项技术与高分辨率的沉积物图片结合使用，找到了澳大利亚地球上已知的最早生命的迹象，并确定格陵兰岛上类似的沉积物并不是那里古代生命的证据。在格陵兰很难做到；在火星上会更加艰难。

X射线与人类所见的光属于同一电磁波谱，但波长要低得多，甚至比紫外线还高。它是电离辐射，只有K气才有颜色。 X射线会以不同的方式使不同种类的原子发出荧光，从而发出光。 “我们制造X射线将岩石浸入水中，然后检测该信号以研究元素化学，” Allwood说。 PIXL和手臂的末端也有一个明亮的白色手电筒。奥尔伍德说：“前面的照明只是使岩石更容易看清的一种方式，将化学物质与可见的纹理联系在一起，这在火星上是前所未有的。”起初颜色有点令人讨厌。高温和低温影响灯泡。她说：“我们最初尝试使用白色LED，但是随着温度的变化，它不会产生相同的白色阴影。” “因此，向我们提供相机的丹麦人向我们提供了彩色LED。”它们是红色，绿色和蓝色-以及紫外线。这种颜色组合在一起可以产生更好，更一致的白光。

这种组合可能能够找到火星叠层岩。在找到可能的目标之后-也许是由于Mastcam-Z平底锅跨过了陨石坑-流动站将起并伸出其手臂，PIXL将开始执行ping操作。最小的特征（谷物和纹理）可以说出岩石是火成岩还是沉积岩，如炖煮般融化在一起，或像三明治一样分层。其他要素之上的图层颜色将为每个要素的年龄提供线索。理想情况下，可见颜色和纹理的贴图将与X射线结果生成的不可见，仅数字的贴图对齐。当正确的结构与正确的矿物质对齐时，Allwood可以告诉她是澳大利亚式生命迹象还是格陵兰式胸像。 “我们发现PIXL真正有趣的是，它通过化学方法向您展示了您看不到的东西，” Allwood说。 “那将是关键。”

Allwood希望PIXL的微小扫描将产生巨大的结果-在仪器邮票大小的视野上推断出6,000个单个点的地图，每个点都有多个光谱结果。她称其为“高光谱数据立方体”。

当然，毅力有其他的照相机和仪器，其他的扫描仪则在岩石和泥石中寻找其他含义的暗示。与PIXL相邻的是一种以另一种方式看待岩石的设备，该设备对它们发射激光以振动其分子，这就是拉曼光谱法。坚持不懈地收集的数据将是高光谱的，但也是多方面的-几乎在哲学上如此。这就是将机器人运送到另一个星球时发生的情况。正如一位系外行星研究人员告诉我的那样，通过样本返回送回家的人类任务或岩石将产生最佳的地面真实数据。其背后是X射线和拉曼光谱，然后是流动摄影机，然后是轨道摄影机。当然，所有这些事情都在火星上共同起作用。

“在火星上找到生活不会，‘这样的仪器就能看到某些东西。’而是，‘所有的仪器都能看到，那样，另一件事，并且这种解释使生活变得合理，” Allwood说。 “没有吸烟枪。这是一个复杂的挂毯。”就像好的挂毯一样，整个图像只能从经纱和纬纱中仔细编织在一起而显现出来。