藝術家繪製的InSight洞察號登陸火星想像圖 （圖片來源：NASA）
你會用什麼樣的方式認識自己居住的這塊土地？可能是親自走一趟，好好觀察環境或與人交談。如果想認識地球的「內在」，一般民眾就很難完成了，這需要一些技術：人們先是挖洞鑿井，然後學會使用地震波探知地球內部的分層。如果觀察的對象是月球，或是更遠的火星呢？我們能不能探訪、挖洞、布置儀器，甚至與「人」交談呢？
美國國家航空暨太空總署（National Aeronautics and Space Administration，以下簡稱NASA）進行一系列火星探測任務，任務中大多是讓飛行器在軌道上觀測，僅少數如好奇號，能成功登陸並進行地表的採集與實驗。然而，針對火星地底結構的直接探測，一直沒有進行，因此有了「InSight（洞察號）」的計畫。
洞察號及幾個著名任務的降落地點 （圖片來源：NASA）
InSight洞察號任務概要
NASA一直希望能如同登月一樣，讓太空人登陸火星，更進一步能在火星尋找或建立適合人類居住的環境。因此，火星任務訂了一個重要目標，就是2030年將人類送到火星上。這個目標需要許多任務探路或鋪路，洞察號就是其中一個。原本洞察號要在2016年3月發射，可是洞察號放置地震儀的儲藏室出現裂縫，嚴重到會影響實驗數據。每一次的太空任務都要花費很多的經費，當然不可以就這樣讓它去火星。依據地球和火星對應位置，下一個適合發射的日期是26個月後，於是發射日期改為2018年5月5日。洞察號發射後，將降落在火星的赤道附近，並在登陸火星後進行至少728天（地球日）的任務。
關於InSight洞察號任務 （圖片來源：NASA，製表：邱惠玲、羅書韻）
洞察號英文原名InSight-Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport，說明了洞察號的三個重要的工作：使用地震波探測火星結構、針對火星做大地測量，以及了解火星地底下的熱傳導與熱散失速率。也就是要藉由洞察號，了解「火星自身的生命跡象」，看看火星的脈搏、體溫和反射神經，幫火星做個斷層掃描。
不像過去的火星車能到處跑來跑去，洞察號是定點登陸，降落後必須將自己固定在火星赤道附近，以確保一整年都有充足的太陽能使用。因應在火星上預計進行的地球物理實驗，洞察號主要攜帶的儀器有三個：熱流偵測器、地震儀和RISE定位天線。熱流偵測器能主動深入到至少5公尺深的地底下，偵測來自火星內部的熱流量和熱散失速率；地震儀則能利用地震波偵測火星地底的波速變化，分析出火星內部各層的大小、厚度、密度和結構，同時藉由地震波確認火星目前是否有板塊活動，以及火星受隕石撞擊的現況；RISE定位天線可以讓我們精確追蹤洞察號的位置，藉此測量火星極北軸因繞太陽公轉而產生晃動的程度，就能定出火星內部鐵核的大小。
探測熱流量和火星的分層，不只解決了我們對火星的疑惑，也有助於了解類地行星的分異過程（可以想像成行星形成時的內部分層過程）。為什麼呢？因為目前的學說支持，太陽系行星在形成過程中，藉由各種微行星碰撞或合併而逐漸長大。在這個假設下，類地行星比類木行星保留更多訊息，而類地行星中又以火星最適合研究，因為火星大小適中，大到能完整經歷吸積、內部加熱及分異的過程，卻又小到能保存這些記錄長達40億年。此外，火星的地質活動和地球比起來較不活躍，這些蛛絲馬跡較不受破壞，我們應該還能找到太陽系演化的資訊，也因此洞察號計畫將火星的形成與演化，列為重點科學研究目標。
承先啟後的重要角色
首先我們必須知道，火星探測任務是一系列的，每個任務都有階段性目標。有可能是為了知道什麼地方適合登陸，有可能是為了了解哪邊有水或冰，也有可能是為了知道生命是不是曾經出現、未來會不會出現這種問題。不同年代遭遇的問題不一樣，要解決的困難也不一樣。所有看似並不相關的任務，實際上彼此環環相扣。洞察號任務，也有其承先啟後的角色定位。
過去了解火星的地質，是先觀測火星的地表，然後和地球一樣使用截切、疊置或水平沉積定理，逐漸將火星的地質狀況推論出來。因此，火星上不同地貌的年齡，是利用年代地層學做出來的相對地質年代，而年代的區隔，則假設越老的地方越多撞擊坑，用撞擊坑的密度區分出火星的地質年代。地球上能使用放射性同位素進行定年，火星卻沒辦法，因為我們還拿不到樣本。顯示了地球上的規準，在火星上不見得完全適用，必須有更多火星的數據，說起火星的事情才有可信度。
以水手峽谷的形成為例，1970年代認為是永凍土解凍後的熱喀斯特作用造成。科學家認為，當時的火星環境液態水不易存在，即使曾有人提出水手峽谷為河道或水侵蝕而成的說法，卻不是那麼多人能接受。隨著觀測技術進步，研究資料變多，目前認為水手峽谷是張裂後發生山崩，或張裂後被侵蝕而產生。可是，這樣的說法缺乏足夠的動力或熱力資料佐證。又比方說，我們認為火星具有地殼、地函和地核的結構，但這也是先知道火星質量後，使用轉動慣量推算出可能的分層和厚度，細部結構仍不確定。
全球測量者號以雷射測量地表高度後，繪製出的火星地表樣貌 （圖片來源：NASA/JPL）
火星與地球的結構比較（圖片來源：NASA，翻譯：邱惠玲）
洞察號在火星任務中，扮演一個穿針引線的重要角色，延續著過去的計畫，也為未來的計畫鋪路。由於過去鳳凰號成功的在極區登陸，進行生命與水冰的探測，因此洞察號的飛行器就沿用鳳凰號的技術，不再外加新系統，以降低飛行器在火星登陸的風險。降落地點也是根據各個火星任務總結的結果，挑選出最適合登陸的地點。除了硬體設備，實驗技術也是承接過去的任務而來，例如地震儀技術和地球物理實驗，是月球上物理實驗的進階版，地震儀的布置與地震波測量地層的方法，過去在阿波羅計畫中已進行過。承接這些經驗，科學家才能安排這樣的一個計畫——畢竟洞察號是第一個在火星上直接接收地底資訊的登陸器。
阿波羅11號登月後，在月球上架設地震儀收集月震資訊。 （圖片來源：NASA）
洞察號的任務中，還有一個訊號中繼站的小測試。當洞察號發射時，同時會攜帶兩個小型的飛行器「MarCO（Mars Cube One）」一起去火星。這兩個飛行器都是由6個10公分大小的立方衛星（Cubesat）組成，到達火星以後，他們會按照各自的飛行軌道繞著火星公轉，作為洞察號與地球聯繫的中繼站。
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過去如果想讓與火星上的登陸器彼此聯繫，必須依賴放在火星上空的衛星——火星勘測軌道衛星（Mars Reconnaissance Orbiter，以下簡稱MRO）。登陸器和地球聯繫時，訊號會先傳到MRO，讓MRO處理訊息後再傳回地球。這段過程並不是即時的，因為訊息處理會有約1小時的延遲，由地球丟訊號過去也是一樣的情況。如果只是叫登陸的機器去哪邊轉轉還不打緊，萬一是飛行器登陸前發生什麼事，根本無法應變。使用MarCO的話，訊號的處理延遲大概10多分鐘，雖然還是延遲，但比起MRO快很多。更重要的是，立方衛星較為便宜，將它作為訊號中繼站的花費，絕對比發射一個大型軌道衛星划算。如果這次的試驗成功，未來登陸其他行星，就可以比照辦理，帶著立方衛星一起去，而不必大費周章先設置通訊衛星。那萬一這次的測試失敗呢？火星上空還有MRO備用著呢！
洞察號之後
有點像是打怪練經驗一樣，這一系列的火星探險任務，幫助我們逐一了解了火星的大氣成分、地質條件、分層構造、磁場分布、內部的熱流，以及熱對流可能伴隨的板塊運動，甚至希望能了解太陽系的起源。接下來呢？我們還想做什麼？緊接著洞察號之後將進行的火星計畫，是研究火星是否具有「生命發展潛能」的火星2020探測車任務（Mars 2020 rover mission）。這項任務會到處收集火星的岩石和土壤樣本，想辦法帶回地球研究。若計畫順利，或許真的能在2030年將人類送到火星，再持續進行一些實驗測試，也許有生之年我們就能去火星度假或拓荒了。如果你覺得等待太漫長，太空好遙遠……NASA近年的計畫都會安排活動讓民眾參與，比如幫任務命名，或是像洞察號，把你的名字放在晶片一起帶到火星之類的，雖不見得流芳萬世，至少能參與任務，共襄盛舉！這麼有趣的事情怎麼能錯過呢？就讓我們一起持續關注太空計畫吧！
MarCO將在洞察號登陸後，扮演訊號中繼站的角色。 （圖片來源：NASA/JPL） 
