「好奇號」火星車在火星發現「塵魔」，科學家：令人印象深刻

2020-09-04 胖福的小木屋

在深空探測中，測控數傳通信系統是太空飛行器/探測器的重要組成部分，該系統的先進性與可靠性將 直接關係到整個深空探測任務的成敗。因為如果你不把探測數據傳回來，那麼整個航天任務就沒有任何意義了！

那麼火星車是如何傳回數據的呢？火星車測控數傳通信系統的工作模式主要包括兩種：火星車←→地面站（直接對地模式），火星 車←→軌道器←→地面站（中繼傳輸模式）。

如果是第二種模式的話，一般情況下，在一天之內，火星車與軌道器的可視時間只有短短的十幾分鐘，而火星探測器的著陸區不同，則每天可傳回深空站的數據量也會有所差異。



以好奇號火星車為例，好奇號位於蓋爾撞擊坑、蓋爾隕石坑（Gale）是火星上鄰近埃律西昂平原的低地邊緣，座標5.4°S 137.8°E的大撞擊坑。它的直徑154公裡，並且已存在了約35至38億年之久。這個坑的名字來自澳洲天文學家華特·弗雷德裡克·蓋爾（Walter Frederick Gale），他於19世紀後期觀測火星，並且描述火星存在著溝紋。



好奇號共配備了17臺相機，車體前面板和後面板各有一對避險照相機。這種照相機只能拍攝黑白照片，它們的特點是視角大（120°），視線低（能拍到的高度只有3m），能協同主計算機工作併合成三維立體照片，讓好奇號在行駛和移動機械臂時能及時發現並躲開障礙物。

桅杆上有四臺導航照相機也是只能拍黑白照片，好奇號上還有2臺桅杆主照相機（Mastcam）能夠拍攝彩色照片，除此之外，好奇號機械臂上的透鏡顯微成像儀（MAHLI）和底盤上的降落俯拍成像儀（MARDI），也能拍攝彩色照片。



NASA部署在火星軌道上的3顆衛星中的一顆會掠過好奇號上空，好奇號便會將數據傳送給衛星，然後通過衛星傳送回地球。但每次數據傳輸窗口只有8分鐘，能夠傳輸不超過250M的數據，而在數據傳回之後，科學家還要經過一系列的圖像處理、研究等等。



好奇號團隊一直在拍攝火星景觀圖，關注風的活動。近日，美國宇航局（NASA）在對 &34;漫遊車捕捉到了「塵魔」漩渦，發現了一個「塵魔」在火星乾燥的地表上「巡遊」。當溫度不正常產生渦流時，「塵魔」就會出現，這和地球上的情況很相似。

塵魔並不是什麼生物，而是一種柱狀的垂直旋轉氣流，因此和龍捲風很像。當缺乏對流的沙地照光加熱，近地表的空氣開始升溫，但受到上層較冷較穩定的空氣阻擋而停留地表，不過當有風等擾動（風切），或是某點升溫較快時，溫暖空氣便突破限制開始上升、旋轉，然後吸入更多周圍地表空氣，且因角動量守恆而風速開始增加，進而捲起沙塵。就被稱為「塵魔」。



火星塵魔的形成和地球也差不多，火星也是存在著季節變化的，火星上出於夏天的時候，蓋爾隕石坑正在經歷它的「多風季節」。

蓋爾隕石坑的表面正在升溫——這種升溫從初春一直持續到火星的仲夏。當表面溫度足夠高時，就會產生對流，進而形成漩渦，這些漩渦由快速的風圍繞著低壓核心旋轉——與地球上的情況類似。

火星是一顆質量較大擁有稀薄大氣層的行星，表面大部分是紅色氧化鐵的塵土和石塊覆蓋的沙漠，火星上經常颳起沙塵暴風，規模 之大遠遠超過地球上的颱風。風暴速度可以達到200KM/h，1996年，地球上澳洲的一個氣象站在颱風過境時測到了408km/h的最高速度，火星風暴光論風力沒那麼可怕，因為火星大氣太稀薄，這個大風的真正殺傷力只有地球上的四級風，不會吹翻地面上的太空飛行器也不會飛沙走石一片漆黑。



不過火星風暴威力在於放電，許多想要軟著陸於火星的探測器就是被火星風暴給毀滅了，蘇聯火星3號探測器的著陸部分在1971年抵達火星表面，不幸正好趕上一場特大沙暴，雖然成功著陸，但是14.5秒後兩個信道就同時失聯。就是被火星風暴放的電給毀了！

這種激起了由地面上揚起灰塵的強風形成的漩渦，正好被「好奇號」捕捉到了。NASA還沒有確認塵暴的大小，因為距離太遠，無法進行精確測量，但是「好奇號」捕捉到的圖像顯示部分塵暴達到了12英裡高。好奇號在捕捉「塵魔」漩渦時需要在一段時間內拍攝多張圖像。研究人員正在研究漩渦的形成、大小、方向和持續時間。

大氣科學家Claire Newman表示： 「但這個塵魔給人留下了深刻的印象，--如果你仔細看! --即使在原始圖像中，你也能看到它在向右移動，在暗坡和亮坡的邊界處，」


塵魔作為塵暴的一種，好奇號的研究將進一步促進對火星的了解。塵暴的形成與空氣稀薄、地形、公轉軌道有關。目前的一些理論還不能很好地解釋塵暴 的發生機理和規模，更無法預測火星塵暴發生的時刻、持續的時間和規模。


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