火星2020的桅杆（或稱「頭部」）安裝了一個稱為SuperCam的雷射儀器，該儀器可以蒸發岩石材料並研究生成的等離子體。圖片：NASA/JPL-Caltech

NASA正在向火星發送新的雷射探測機器人。但是，與科幻小說的雷射器不同，該雷射器用於研究距離約7米的礦物學和化學。它也可能幫助科學家在「紅色星球」上發現化石微生物生命的跡象。

SuperCam由數百人組成的團隊建造，是今年夏天發射的2020火星探測車上的七種儀器之一，它只有一個小盒子大，通常需要幾套相當大的設備。它從探測車的桅杆或「頭部」 發射脈衝雷射束，以遠距離蒸發岩石的一小部分，從而獲得對任務成功至關重要的信息。

以下是使該儀器如此特別的原因的詳細信息：

無需接觸

使用雷射束將有助於研究人員識別探測車機器人手臂無法觸及或無法進入的陡峭區域的礦物。它還將使他們能夠在決定是否將探測車引導到那裡進行進一步分析之前分析目標。特別令人感興趣的是：在液態水存在下形成的礦物質，例如粘土、碳酸鹽和硫酸鹽。眾所周知，液態水對生命的生存至關重要，包括微生物，這些微生物可能在數十億年前的火星上得以倖存。

科學家還可以使用SuperCam的信息來幫助決定是否為探測車的樣本存儲系統捕獲岩心。2020年火星計劃將這些核心樣品收集在金屬管中，最終將它們存放在預定位置，以供將來的任務取回並帶回地球。

雷射聚焦

SuperCam實際上是流浪者號火星車的ChemCam的下一代版本。像其前身一樣，SuperCam可以使用紅外雷射束將射擊的材料加熱到大約1萬攝氏度（一種稱為雷射感應擊穿光譜法或LIBS的方法）並將其汽化。然後，一個特殊的攝像機可以根據所產生的等離子體確定這些岩石的化學成分。

正在測試SuperCam

就像ChemCam一樣，SuperCam將使用人工智慧來尋找值得射擊的岩石目標。此外，AI可以使SuperCam非常精確地瞄準小塊岩石。

SuperCam的另一個新功能是綠色雷射，可以確定表面材料的分子組成。綠色雷射激發樣品中的化學鍵，並根據結合在一起的元素產生信號 - 一種稱為拉曼光譜的技術。SuperCam還使用綠色雷射使某些礦物質和碳基化學物質發光或發出螢光。

礦物質和有機化學物質以不同的頻率發出螢光，SuperCam的光傳感器具有一個超快的快門，一次可關閉100納秒 - 如此之快，一次只讓很少的光子進入。改變快門速度（一種稱為時間分辨發光光譜的技術）將使科學家能夠更好地確定存在的化合物。

此外，SuperCam可以使用太陽反射的可見光和紅外（VISIR）光來研究岩石和沉積物的礦物質含量。VISIR技術是對拉曼光譜的補充。每種技術都對不同類型的礦物質敏感。

此處顯示正在測試的「火星2020」SuperCam，它將使用雷射蒸發並研究「紅色星球」表面上的岩石物質。圖片：LANL

帶麥克風的雷射器

SuperCam帶有麥克風，因此科學家每次雷射擊中目標時都可以收聽。雷射產生的爆破聲根據岩石的材料特性而微妙地變化。

「麥克風通過遠距離告訴我們一些關於岩石目標的信息。但是我們也可以使用它直接記錄火星景觀或火星車桅杆旋轉的聲音。」法國土魯斯天體物理學和行星科學研究所的西爾維斯特·莫里斯（Sylvestre Maurice）說。

莫里斯說，火星2020探測車標誌著這種特殊的麥克風設計第三次進入「紅色星球」。在1990年代後期，同樣的設計在火星極地著陸器上行駛，後者墜落在水面。2008年，Phoenix任務遇到了電子問題，導致麥克風無法使用。

就火星2020年而言，SuperCam並不是漫遊器上唯一的麥克風：進入，下降和著陸麥克風將捕獲著陸的所有聲音。它會將音頻添加到探測車攝像機記錄的彩色視頻中，以前所未有的方式捕獲火星著陸。

團隊合作

SuperCam由位於新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實驗室領導，該儀器的車身部分就是在那裡開發的。儀器部分包括幾個光譜儀、控制電子設備和軟體。

桅杆單元是由CNRS（法國研究中心）的幾個實驗室和法國大學在CNES（法國航天局）的承包授權下開發和建造的。探測車甲板上的校準目標由西班牙瓦拉多利德大學提供。

JPL正在該機構位於華盛頓的總部為NASA科學任務局建造並管理2020火星探測車的運行。