火星2020的桅杆（或称“头部”）安装了一个称为SuperCam的激光仪器，该仪器可以蒸发岩石材料并研究生成的等离子体。图片：NASA/JPL-Caltech

NASA正在向火星发送新的激光探测机器人。但是，与科幻小说的激光器不同，该激光器用于研究距离约7米的矿物学和化学。它也可能帮助科学家在“红色星球”上发现化石微生物生命的迹象。

SuperCam由数百人组成的团队建造，是今年夏天发射的2020火星探测车上的七种仪器之一，它只有一个小盒子大，通常需要几套相当大的设备。它从探测车的桅杆或“头部” 发射脉冲激光束，以远距离蒸发岩石的一小部分，从而获得对任务成功至关重要的信息。

以下是使该仪器如此特别的原因的详细信息：

无需接触

使用激光束将有助于研究人员识别探测车机器人手臂无法触及或无法进入的陡峭区域的矿物。它还将使他们能够在决定是否将探测车引导到那里进行进一步分析之前分析目标。特别令人感兴趣的是：在液态水存在下形成的矿物质，例如粘土、碳酸盐和硫酸盐。众所周知，液态水对生命的生存至关重要，包括微生物，这些微生物可能在数十亿年前的火星上得以幸存。

科学家还可以使用SuperCam的信息来帮助决定是否为探测车的样本存储系统捕获岩心。2020年火星计划将这些核心样品收集在金属管中，最终将它们存放在预定位置，以供将来的任务取回并带回地球。

激光聚焦

SuperCam实际上是流浪者号火星车的ChemCam的下一代版本。像其前身一样，SuperCam可以使用红外激光束将射击的材料加热到大约1万摄氏度（一种称为激光感应击穿光谱法或LIBS的方法）并将其汽化。然后，一个特殊的摄像机可以根据所产生的等离子体确定这些岩石的化学成分。

正在测试SuperCam

就像ChemCam一样，SuperCam将使用人工智能来寻找值得射击的岩石目标。此外，AI可以使SuperCam非常精确地瞄准小块岩石。

SuperCam的另一个新功能是绿色激光，可以确定表面材料的分子组成。绿色激光激发样品中的化学键，并根据结合在一起的元素产生信号 - 一种称为拉曼光谱的技术。SuperCam还使用绿色激光使某些矿物质和碳基化学物质发光或发出荧光。

矿物质和有机化学物质以不同的频率发出荧光，SuperCam的光传感器具有一个超快的快门，一次可关闭100纳秒 - 如此之快，一次只让很少的光子进入。改变快门速度（一种称为时间分辨发光光谱的技术）将使科学家能够更好地确定存在的化合物。

此外，SuperCam可以使用太阳反射的可见光和红外（VISIR）光来研究岩石和沉积物的矿物质含量。VISIR技术是对拉曼光谱的补充。每种技术都对不同类型的矿物质敏感。

带麦克风的激光器

SuperCam带有麦克风，因此科学家每次激光击中目标时都可以收听。激光产生的爆破声根据岩石的材料特性而微妙地变化。

“麦克风通过远距离告诉我们一些关于岩石目标的信息。但是我们也可以使用它直接记录火星景观或火星车桅杆旋转的声音。”法国图卢兹天体物理学和行星科学研究所的西尔维斯特·莫里斯（Sylvestre Maurice）说。

莫里斯说，火星2020探测车标志着这种特殊的麦克风设计第三次进入“红色星球”。在1990年代后期，同样的设计在火星极地着陆器上行驶，后者坠落在水面。2008年，Phoenix任务遇到了电子问题，导致麦克风无法使用。

就火星2020年而言，SuperCam并不是漫游器上唯一的麦克风：进入，下降和着陆麦克风将捕获着陆的所有声音。它会将音频添加到探测车摄像机记录的彩色视频中，以前所未有的方式捕获火星着陆。

团队合作

SuperCam由位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室领导，该仪器的车身部分就是在那里开发的。仪器部分包括几个光谱仪、控制电子设备和软件。

桅杆单元是由CNRS（法国研究中心）的几个实验室和法国大学在CNES（法国航天局）的承包授权下开发和建造的。探测车甲板上的校准目标由西班牙瓦拉多利德大学提供。

JPL正在该机构位于华盛顿的总部为NASA科学任务局建造并管理2020火星探测车的运行。