當阿波羅(Apollo)宇航員降落在月球上時，他們帶來了稱為后向反射器的裝置，該裝置實質上是一小排鏡子。該計劃的目的是讓地球上的科學家將激光瞄準它們并計算光束返回所花費的時間。這提供了對月球軌道和形狀的極其精確的測量，包括月球如何根據(jù)地球的引力略有變化。

直到今天，這些阿波羅時代的月球后向反射器的研究仍在繼續(xù)，科學家們希望在火星上進行類似的實驗。NASA的毅力漫游車(計劃于2021年2月18日降落在“紅色星球”上)攜帶掌上大小的激光后向反射器陣列(LaRA)。該機構的InSight著陸器上還有一小塊，稱為InSight激光逆反射器(LaRRI)。并將在2022年發(fā)射的ESA(歐洲航天局)ExoMars火星漫游車上安裝后向反射器。

盡管目前尚無用于此類火星研究的激光器，但這些設備是面向未來的：像這樣的反射器有一天可以使科學家們進行所謂的激光測距研究，以測量火星探測器在火星上的位置在表面上測試愛因斯坦的廣義相對論，并幫助使未來在紅色星球上的著陸更為精確。

西蒙娜·戴爾·阿涅洛(Simone Dell'Agnello)表示：“激光后向反射器是有光澤的點狀位置標記，”意大利國家核物理研究所負責開發(fā)所有三個后向反射器，該研究所代表意大利航天局制造了該裝置。“由于它們簡單且無需維護，因此它們可以工作數(shù)十年。”

一盒鏡子

這些設備的工作原理很像自行車反射鏡，將光向光源反射回來。例如，Perseverance的LaRA是一個2英寸寬(5厘米寬)的圓頂，上面散布著半英寸的包含玻璃電池的孔。在每個像元中，三個鏡面彼此成90度角放置，從而使進入孔中的光以與它發(fā)出的方向完全相同的方向被引導回去。

LaRA比月球上的后向反射器小得多。最早的，是由阿波羅11號和14號任務執(zhí)行的，大約相當于典型的計算機顯示器的大小，并嵌入了100個反射器。阿波羅15發(fā)射的反射鏡更大，并內(nèi)置300個反射鏡。這是因為激光必須向月球和月球傳播多達478,000英里(770,000公里)?；爻虝r，光束是如此微弱，無法被人眼察覺。

盡管火星在距地球最遠的位置約2.49億英里(4.01億公里)，但Perseverance的LaRA和InSight的LaRRI用來反射的光束實際上實際上要短得多。激光束不需要從地球上來回傳播，而這將需要巨大的后向反射器，而是只需從配備有合適激光器的未來火星軌道器上來回傳播即可。

照明科學

這樣的軌道器可以確定后向反射器在火星表面上的精確位置。并且由于毅力將是可移動的，因此它可以提供多個參考點。同時，還將從地球跟蹤軌道器的位置。這將使科學家們能夠像在月球上的后向反射器一樣，測試愛因斯坦的廣義相對論。每個行星的軌道都受到太陽大質量所造成的時空彎曲的極大影響。

Dell'Agnello指出：“這類科學對于了解重力如何影響我們的太陽系，整個宇宙以及最終暗物質和暗能量的作用非常重要。”

以InSight著陸器為例，該著陸器于2018年11月26日降落，激光測距科學也可以幫助該航天器研究火星深層內(nèi)部的核心任務。InSight依靠無線電儀器來檢測行星自轉的細微差異。通過從儀器中了解行星如何隨時間擺動，科學家最終可以確定火星的核心是液態(tài)還是固態(tài)。

如果科學團隊能夠使用著陸器的后向反射器，他們可以獲得比InSight收音機提供的更為精確的定位數(shù)據(jù)。LaRRI還可以檢測InSight地形隨時間變化的方向和方向，揭示火星地殼如何擴展或收縮。

更好地登陸火星

火星著陸很難。為了幫助堅持不懈地堅持下去，任務將依賴于“地形相對導航”，這是一項將下降過程中拍攝的圖像與機載地圖進行比較的新技術。如果航天器發(fā)現(xiàn)自己過于接近危險(如懸崖邊或沙丘)，它就會轉向。

但是在這種關鍵任務事件中，您永遠不會有太多的備份。未來沖向“紅色星球”表面的任務可以使用激光后向反射器上的一系列參考點來檢查其“地形相對導航”系統(tǒng)的性能，甚至可能將其精度降低到幾厘米。如果僅以英尺為單位就可以成功地測度到一個誘人的地質構造附近成功落下或在火山口壁的陡坡上滑下之間的差異，那么后向反射器可能就很關鍵。

Dell'Agnello說：“激光測距可以開辟新的火星探測領域。”

有關任務的更多信息

恒心號在火星上的主要目標是天體生物學，包括尋找古代微生物生命的跡象。流浪者還將表征地球的氣候和地質，為人類探索紅色星球鋪平道路，并且是第一個收集和儲存火星巖石和重石塊(破碎的巖石和塵土)的行星任務。NASA目前正在與歐洲航天局合作考慮進行后續(xù)飛行任務，這些飛行任務將把航天器送往火星，以從地表收集這些緩存的樣本，并將其返回地球進行深入分析。

火星2020恒星漫游者由JPL(加利福尼亞州帕薩迪納市加州理工學院的一個部門)為NASA管理，是一項更大計劃的一部分，該計劃包括對月球的飛行，以此為人類對紅色星球的探索做準備。到2024年，美國航天局將負責將宇航員送回月球，到2028年，美國航天局將通過NASA的Artemis月球探測計劃在月球及其周圍建立持久的人類存在。