解密火星星表物质的神秘侦探——火星多光谱相机

晴朗夜空，仰望璀璨星河，一晃而过的光点似“天问一号”正飞舞九天遨游星际。透过繁星万点，那颗闪亮的荧惑，早在几分钟前便深情凝望着我们，传来阵阵秋波。

图片来自@人民日报微博
“天问一号”上的神秘侦探
2021年5月15日7时18分，我国第一个前往火星的星际游子——我国第一颗火星探测卫星“天问一号”的着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，标志着我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。
“天问一号”由在轨环绕器和着陆巡视器两大部分组成。在轨环绕器在近火点高度400公里，远火点高度180000公里处长期环绕火星转动，主要监测火星表面状态，采集信息数据，用于研究火星磁场、大气、重力场、水、浅层土壤、地质地貌；同时，起到信号中继作用。着陆巡视器利用其搭载的巡视器（即可以移动的火星车“祝融”）对火星星表进行科学探测， “祝融”携带了六台科学仪器：多光谱相机、次表层雷达、成分探测仪、磁场探测器、气象测量仪、地形相机。

“天问一号”探测器示意图
来自中国科学院西安光学精密机械研究所的神秘侦探——火星多光谱相机，相较于“探月工程”的全景相机，其在实现对火星表面360°成像的基础上，还具备识别火星上常见的各类铁矿、盐类矿物、粘土矿物的功能。主要开展包含火星形貌与地质构造特征及其变化、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成三项任务在内的火星表面物质类型分布研究，在其他科学仪器的协同作用下，揭开火星地表的神秘面纱。

多光谱相机实物图
神秘侦探穿着一身金黄外衣，大小差不多是普通鞋盒的一半，安装在巡视器的桅杆上，距离火星表面1.8米左右。
为了探测未知的火星环境，多光谱相机自诞生之日起，便炼就了火眼金睛的本领，即使在4亿公里外无人照料的茫茫火星上，也可以看清距离自己1.5米到无穷远范围内的外星环境，辨别火星星表同一位置在多个不同光谱通道下的环境信息，揭开火星的面纱。
神秘侦探如何揭开火星面纱？
火星多光谱相机如何揭开火星星表的神秘面纱呢？我们首先需要知道物质的三个“特性” 。
物质相对于光而言有三个特性，即反射、透过、吸收，通常利用相应的反射谱、透射谱或吸收谱来表征物质的相应特性。当一束光入射到某种物质上时，存在“反射光+透过光+吸收光＝入射光”的关系。不同的物质对于同一谱段入射的光，这三个特性是不同的，有的吸收强，有的反射强，还有的透射强。相同的物质在不同的入射光谱中，这三个特性也是不同的。玻璃之所以透明，是因为其透过性强；我们之所以在镜子中可以看到自己，是因为其反射性强；黑板之所以是黑色的，是因为其吸收性强。

物质的反射、透射、吸收示意图
因为物质具有不同的特性，当阳光照在它们上面的时候，反射到我们眼睛的光波谱段及其强弱会各不相同，世界便呈现出了五颜六色。如果把人的眼睛换成相关的光谱测量设备（如光谱辐射度计），便可以获得不同物质特有的反射谱了。
火星星表环境中的岩石、土壤等矿物质，如各类铁矿、盐类矿物、粘土矿物等，也具有这三个特性。通过对地球众多岩石、土壤等矿物质的反射光谱进行分析，总结出不同物质在不同光谱通道下的反射谱信息，建立相应的岩石、土壤等物质的反射谱数据信息库。将火星多光谱相机获取的各通道下的图像数据信息与已有的数据库进行分析比对，从而鉴别火星星表的成分类型，确定火星表面物质类型分布。