听听火星的声音！下一代火星探测器将携带麦克风

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NASA的喷气推进实验室目前正在研发好奇号火星探测器的下一代：火星2020探测车。该机器人探测器预计将于10年内发射，届时还将携带一台非常特殊的装备：首台火星麦克风。
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/ z2 `9 [8 O  W- b! C8 J* I在过去的五十年中，我们一直在使用空间探测器，对火星这位邻居展开探索。我们已经了解到，火星曾经与地球有很多相似之处；火星上的环境如今荒凉严峻，之前却可能比现在舒适得多；如今寸草不生，曾经却可能也有生命存在。

如今，我们掌握了火星上有过液态水的证据，也开始了解火星大气层消失的原因。但即使有了可靠的机器人伙伴的帮助，我们仍有一点不甚了解：火星听上去究竟是什么样的？
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2 |3 P) p8 m, L1 O% a但以后可就说不定了。
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已故的天文学家、学术组织“行星协会”(The-Planetary-Society)的共同创始人卡尔-萨根(Carl-Sagan)是第一位提出在火星上安装麦克风的人。1996年，他给NASA写了一封信，建议该机构在将要发射的“火星极地降落者”上增加一台麦克风。 “即使只能记录几分钟时间的声音，”他说道，“也能大大唤起公众的兴趣，并增加做出更多发现的机会。”

8 u3 B2 z) w8 e9 w7 S5 G行星协会的目标是，通过一系列鼓动和教育项目，激励公众参与到空间探索中去。萨根希望，通过在探测器上安装麦克风，让火星的声音吸引公众对空间探索的兴趣。NASA通过了萨根的提议，第一台火星麦克风就此诞生。
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$ p; f6 @0 H2 m5 Z5 g# X8 K7 R* N这台麦克风经过了设计、制造、并由加州大学伯克利分校进行测试之后，于1999年和“火星极地降落者”共同发射升空。不幸的是，在向火星表面的降落过程中，该探测器与地球失去了联系，就此杳无音讯。
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6 I0 J- B+ ~$ s0 @: v% y$ l不过，由于公众对此极为感兴趣，没过多久，火星麦克风就开始了新的研发之旅。法国国家太空研究中心(CNES)原本想在2007年的太空穿梭任务(2007-Netlander-mission)中发射一台麦克风。
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) C) A; {5 y& n4 y/ b. c按照计划，该项目将向火星表面发射四台小型探测器，用来研究火星大气和内部结构。CNES计划对火星麦克风进行重新设计，好放进探测器的摄像头中。然而，由于资金短缺，该项目于2004年被取消了。
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3 S8 M/ b* A+ V8 R. ^( n但行星协会并没有因此放弃。他们研发了第二台火星麦克风，安装在NASA的凤凰号火星探测器上。但麦克风没能顺利启动，该计划再次以失败告终。
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1 d( o' D% h2 f! p5 O( ?6 n/ U由于行星协会在制造外星球专用的麦克风上有着丰富经验，他们协助欧洲航天局，将卡西尼惠更斯号探测器(卡西尼号任务的一部分，是降落在土星最大的卫星——土卫六上的首枚探测器)上的声音传感器收集的数据转化为人耳能够听见的声音。
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在这段音频中，我们能够听到探测器降落时的风声。科学家可以利用这段音频，分析回声的强度，从而对土卫六表面进行更多的了解。
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在即将举办的47届月球与行星科学大会上，NASA的火星2020探测器超级摄像机团队的成员将利用这一契机，解释为什么要在该探测器上安装麦克风的原因。
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也许麦克风最令人激动之处便在于其意想不到之处。谁知道麦克风会记录下什么样的声音呢？我们能不能从中探测到生命的声音呢？“我们已经见过了其它星球的模样，甚至通过机器人传感器触碰了它们。”行星协会的路易斯-弗里德曼(Louis-Friedman)说道，“但火星麦克风将为人类提供新的契机，让我们得以听一听外星世界表面的声音。”

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火星探测车通信
7 ~. t; X- |) T% Z3 w2 s# Q3 H探测车收集到的数据还需要传回地球。所谓的数据包括照片、光谱信息和系统状态信息等等。另外，地面上的科学家和工程师们也需要向探测车传送指令和软件升级等数据。探测车有三种不同的无线电来负责通信。


# R% S2 t5 W6 U& B' O第一种是低能耗、低速的UHF无线电。这种通讯的连接方式使用低增益、全方向的天线。该天线不需要任何定向，能以较低的数据率把数据传回地球或传给人造卫星。这是一种“万不得已”时的通讯方式。
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0 [0 v, _: l3 l: g第二种是高速UHF无线电，负责和两颗已运行在火星轨道的卫星进行通讯——“火星奥德赛”和“火星全球勘测者”卫星。当一颗卫星出现在探测车上空时，探测车会把数据快速注入卫星，持续的时间大概为8分钟（每次卫星通过时）。探测车能以每秒128Kbit的速度发送数据，使用的无线电功率为15瓦。接着，当地球出现在卫星视野中时，卫星利用2.5米长的天线和100瓦功率的无线电设备再将数据传回地球。这就是大部分照片数据返回地球的方式。每天通过这些通道传回地球的数据可达10MB。
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9 h  ^2 M- P- @1 R0 N$ y  R2 H最后是探测车上直径0.3米的定向（高增益）天线。当地球出现在探测车视野范围内时，探测车天线能追踪到地球并实现与地球上的科学家和工程师的直接通讯。由于地球与火星之间距离为3.22亿公里，所以通讯时会有20分钟的往返延时。探测车使用40瓦的无线电，每分钟只能传递12Kbit的数据。因为这是一种直接连接，所以NASA用它来向探测车发送指令和接收重要数据。然而，由于行星的排列以及无线电所需能量等原因，这种连接在一天当中的可用时间只有3个小时。


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