火星結構,大氣

研究人員利用過去兩年中從MAVEN太空飛行器收集到的數據，繪製了地球以外行星的高層大氣的第一張風循環圖。 新的火星風圖可幫助科學家更好地了解火星氣候的運行情況，從而更準確地了解其古老的過去和正在進行的演變。

通過測量火星高層大氣中的風速和風向，MAVEN已發現高空風流正受到遠在下方的地形特徵的

火星「大氣與揮發變化」任務MAVEN最近於9月21日慶祝了其進入火星軌道五周年。該任務的主要科學目標是研究火星大氣層中剩下的物質，以確定如何， 在遙遠的過去，一個被海洋覆蓋並且可能居住的火星變成了如今的乾旱和荒涼之地。 研究當前的火星大氣層-它在太空中流失的速度以及如何以及為什麼剝奪它-為我們提供了一些線索，使我們可以拼湊出理解行星大氣層（包括我們自己）的困惑。

「觀測到的全球環流提供了約束全球大氣模型所需的關鍵輸入，」美國宇航局位於馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心的梅赫迪·貝納說，他領導了兩項能夠創建革命性風圖的研究之一。 「這些模型用於將火星的氣候狀況推算到遙遠的過去。」貝娜（Benna）是該研究論文的主要作者，該論文發表於12月12日的《科學》雜誌上。

火星風的計算機可視化

MAVEN太空飛行器在繪製火星高層大氣中的風（藍線）時所採用的計算機生成的軌道路徑（白點）的可視化結果。 白點上的紅線代表局部風速和風向，由MAVEN的中性氣體和離子質譜儀測量。

密西根州安阿伯市密西根大學的卡利·羅滕說：「在火星的高層大氣中觀察到的風有時與我們在全球模型模擬中看到的風相似，但有時可能會大不相同。」 「這些風在小時的時間尺度上也可能變化很大，但是在其他情況下，在整個觀測期內是一致的。」 Roeten是發表於12月12日的《地球物理研究-行星雜誌》上有關該研究的第二篇論文的主要作者。

已經詳細繪製了地球上空的高層風。 風在大氣中推動了一系列過程，這些過程可能會影響無線電波的傳播，這對於地面上的無線電波的通信目的至關重要，並且預測衛星將進入其繞地球軌道的路徑。 因此，繪製火星風是邁向了解地球外大氣特徵的關鍵一步，這超出了我們對地球過程的了解。

行星大氣不是一成不變的，並且肯定不是均勻的。 為了對發生特殊過程的位置進行分類，根據溫度對大氣層進行區分。 例如，人類生活在最低層：對流層。 那是天氣發生的地方，海拔越高，溫度就越低。

地球和火星上的最高大氣風都在行星各自的熱層中，在這些區域中，溫度隨著高度的升高而升高。 最近在火星上方繪製的風的測量值被發現在行星表面上方約140-240公裡（85-150英裡）的高度範圍內。

MAVEN的旅程

風數據是由中性氣體和離子質譜儀（NGIMS）收集的。 NGIMS的最初目的是通過測量其中的離子（帶電粒子）和氣體的量來確定火星大氣的結構和組成。 然而，儘管最初並非設計成這樣做的，但MAVEN小組於2016年4月開始使用NGIMS觀測水平風。 暫停正常的數據收集後，地球上的科學家對儀器進行了編程，使其來回點頭，以便可以檢測沿其軌跡的風向。

通過結合來自MAVEN繞火星運行的許多軌道的數據，科學家逐漸建立了風的行為圖。 這導致了一個驚人的發現：風型實際上與下面的火星地形有關。

遠低於上下

就像地球一樣，火星有高大的山脈和陡峭的山谷，並且表面上的風被迫在該地形上方和周圍。 地表風的擾動會在火星熱圈中以重力波的形式迴蕩這些風型。

產生重力波的表面風的概念性表示圖

風（藍色箭頭）在崎Mar的火星地形上流動並產生擾動的概念性圖像，這些擾動會隨著大氣重力波（灰色線）向上傳播。 通過感應這些重力波，MAVEN可以檢測出地面上的山谷和山脈，

大氣重力波（不要與銀河系外引力波混淆）是由空氣團從靜止狀態的位移引起的。 重力試圖使流體回到平衡狀態，並在受幹擾的流體中產生波動。

當火星上的風被迫圍繞地表地形而產生的重力波在大氣中向上波動時，MAVEN可以檢測到地表的山谷和山脈，即使它在太空的邊緣旋轉。

這一發現是對任何星球甚至地球熱圈中地形引起的重力波波動的首次探測。 MAVEN小組計劃在火星上不同季節和不同位置進一步研究這些重力波，以增進對熱層風的特性以及物理學本身的基本原理的理解。

這項研究是由MAVEN任務資助的。 MAVEN的主要研究人員位於科羅拉多大學博爾德分校的大氣和空間物理實驗室，而NASA Goddard管理著MAVEN項目。 正在探索我們的太陽系以及更遠的地方，藉助我們強大的太空和地面任務團隊，探索遠近的世界，恆星和宇宙之謎。