日晷如何让“好奇号”看到火星的鲜活色彩

加利福尼亚州帕萨迪纳——我们已经看到了火星盖尔陨坑的全色环境的简短样本，但在火星探测器“好奇号”传回全尺寸版本之前，它的相机需要检查。科学家们希望确保他们看到的是火星的真实样子，是真正的赭石色——所以相机必须校准。为此，好奇号将使用天文学最古老的工具之一：日晷。

火星图像令人震撼，但它们也具有真正的科学价值，因为好奇号的科学团队将用它们作为观察火星的眼睛。好奇号对盖尔陨坑边缘和中心夏普山的观察将帮助团队确定火星车首先应该驶向哪里，然后确定哪些岩石最值得用 ChemCam 激光照射或用机械臂钻孔。加州雷德兰兹大学物理学副教授泰勒·诺德格伦解释说，判断岩石的有趣程度主要通过观察来完成，因此观察结果必须准确。

“[图像] 可以让你了解地貌和岩石的成分。了解岩石成分的一部分就是通过了解它们的颜色，”他说。“它能让你了解火星的历史。”

美国宇航局管理人员在周二上午的新闻发布会上表示，好奇号将于今天晚些时候（或到火星时？）继续在火星上校准其高分辨率 3D 彩色相机。

火星的大气层与地球的大气层截然不同——它要稀薄得多，而且充满了二氧化碳，而且缺乏微小的气溶胶，而这种气溶胶会导致地球上的瑞利散射效应，使我们的天空变成蓝色。太阳离地球 5000 万英里，也黯淡得多。火星呼啸的风卷起的尘埃弥漫在天空中，刮风的日子更是如此，因此火星的大气层看起来略带粉红色。这会使好奇号周围的任何物体都呈现出玫瑰色。

每台相机都需要一个色彩提示，以确保图像代表现实。如果地球上的树木在你的图像中看起来是蓝色的，你很容易就能看出色彩平衡不对。但好奇号在火星上没有任何自然的色彩提示。一切都是红色的——“这都是主题的变化，”诺德格伦说。“你需要确定，当你看到岩壁或悬崖表面呈红色时，有多少是由于岩石，有多少是由于灯光。”

为此，好奇号在其背面附近安装了一个 4 英寸见方的标牌，这将是 MastCam 相机的第一个拍摄对象。它有四片颜色，代表已知的蓝色、红色、绿色和黄色色调。中间的一个小柱子和球充当投射阴影的日晷。这样，火星车就可以在全光和阴影中分辨出正确的颜色。

好奇号的相机将用其滤光片组拍摄日晷。然后它将拍摄科学图像，团队将使用这些图像来确定可能的探索目标。之后，相机可能会再次拍摄日晷，以确保万无一失。

“这告诉你，在当前的光照条件下，我们在将不同的图像组合在一起时会进行如下调整，以达到恰到好处的色彩平衡，”诺德格伦说。

然后，科学家可以制作假彩色图像，增强对比度或色调，以突出岩石的某些地形或形态特征。他们甚至可以去除天空的红色光芒，诺德格伦说。“想象一下，你可以把火星的这一部分运到地球上，让一束漂亮的黄白色光照射在上面，就像你在实验室里一样。然后你就会看到，‘啊，这块岩石仍然是红色的，但它不是鲑鱼色，更像是砖块色。’”

下图显示了火星探测器“勇气号”上的相同校准目标。

好奇号的铭牌与原先相同，只是诺德格伦和喷气推进实验室的任务科学家添加了更新的铭牌。好奇号的日晷实际上是 MER 任务遗留下来的。

“这真的是科学研究所需要的全部，”Nordgren 说道。“但我们想，为什么不利用这种非常枯燥乏味的技术设备，将其变成美丽而令人回味的东西呢？”

在目标表面上，MARS 这个名字以 16 种不同的语言出现。在中心，日晷本身代表太阳，周围的同心圆代表地球和火星的轨道，它们本身由一个淡蓝色圆点和一个红色圆点表示。每个本垒板颜色切片都有一句话来描述这项任务对人类探索的意义。它写道：

“几千年来，火星一直激发着我们的想象力。起初，我们认为火星是一颗流浪的红星，是来自众神居所的战争使者。
近几个世纪以来，望远镜下火星外观的变化让我们认为火星的气候与地球类似。
我们在太空时代的第一次观察只显示了一个布满陨石坑的类似月球的世界，但后来的任务表明火星曾经拥有丰富的液态水。
在整个过程中，我们一直在思考：火星上是否存在生命？对于那些正在采取下一步行动寻找答案的人，我们祝愿他们旅途平安，并享受探索的乐趣。”

每个日晷还必须标明日期（这是日晷的传统，诺德格伦解释道）和座右铭。好奇号的座右铭上印有“火星 2012”和“前往火星探索”。

“它体现了科学过程。谁知道我们能用这艘新航天器发现什么？”诺德格伦说。

Nordgren 在康奈尔大学读研究生时就开始制作 MER​​ 火星日晷，当时他师从“勇气号”和“机遇号”首席研究员 Steve Squyres。他表示，自己制作和收集日晷，对它们非常着迷。

“它们非常漂亮，非常精确，是令人惊叹的工程和艺术杰作，将天文学和计时结合在一起，”他说。“人们以各种形式使用日晷已有数千年历史。我认为它们非常漂亮。这是 21 世纪技术与古代技术在火星表面的精彩交汇。”