“好奇号”火星车在火星发现“尘魔”,这究竟是什么?

在深空探测中,测控数传通信系统是航天器/探测器的重要组成部分,该系统的先进性与可靠性将 直接关系到整个深空探测任务的成败。因为如果你不把探测数据传回来,那么整个航天任务就没有任何意义了!

那么火星车是如何传回数据的呢?火星车测控数传通信系统的工作模式主要包括两种:火星车←→地面站(直接对地模式),火星 车←→轨道器←→地面站(中继传输模式)。

如果是第二种模式的话,一般情况下,在一天之内,火星车与轨道器的可视时间只有短短的十几分钟,而火星探测器的着陆区不同,则每天可传回深空站的数据量也会有所差异。

以好奇号火星车为例,好奇号位于盖尔撞击坑、盖尔陨石坑(Gale)是火星上邻近埃律西昂平原的低地边缘,座标5.4°S 137.8°E的大撞击坑。它的直径154公里,并且已存在了约35至38亿年之久。这个坑的名字来自澳洲天文学家华特·弗雷德里克·盖尔(Walter Frederick Gale),他于19世纪后期观测火星,并且描述火星存在着沟纹。

好奇号共配备了17台相机,车体前面板和后面板各有一对避险照相机。这种照相机只能拍摄黑白照片,它们的特点是视角大(120°),视线低(能拍到的高度只有3m),能协同主计算机工作并合成三维立体照片,让好奇号在行驶和移动机械臂时能及时发现并躲开障碍物。

桅杆上有四台导航照相机也是只能拍黑白照片,好奇号上还有2台桅杆主照相机(Mastcam)能够拍摄彩色照片,除此之外,好奇号机械臂上的透镜显微成像仪(MAHLI)和底盘上的降落俯拍成像仪(MARDI),也能拍摄彩色照片。

NASA部署在火星轨道上的3颗卫星中的一颗会掠过好奇号上空,好奇号便会将数据传送给卫星,然后通过卫星传送回地球。但每次数据传输窗口只有8分钟,能够传输不超过250M的数据,而在数据传回之后,科学家还要经过一系列的图像处理、研究等等。

好奇号团队一直在拍摄火星景观图,关注风的活动。近日,美国宇航局(NASA)在对 "好奇号 "漫游车捕捉到了“尘魔”漩涡,发现了一个“尘魔”在火星干燥的地表上“巡游”。当温度不正常产生涡流时,“尘魔”就会出现,这和地球上的情况很相似。

尘魔并不是什么生物,而是一种柱状的垂直旋转气流,因此和龙卷风很像。当缺乏对流的沙地照光加热,近地表的空气开始升温,但受到上层较冷较稳定的空气阻挡而停留地表,不过当有风等扰动(风切),或是某点升温较快时,温暖空气便突破限制开始上升、旋转,然后吸入更多周围地表空气,且因角动量守恒而风速开始增加,进而卷起沙尘。就被称为“尘魔”。

火星尘魔的形成和地球也差不多,火星也是存在着季节变化的,火星上出于夏天的时候,盖尔陨石坑正在经历它的“多风季节”。

盖尔陨石坑的表面正在升温——这种升温从初春一直持续到火星的仲夏。当表面温度足够高时,就会产生对流,进而形成漩涡,这些漩涡由快速的风围绕着低压核心旋转——与地球上的情况类似。

火星是一颗质量较大拥有稀薄大气层的行星,表面大部分是红色氧化铁的尘土和石块覆盖的沙漠,火星上经常刮起沙尘暴风,规模 之大远远超过地球上的台风。风暴速度可以达到200KM/h,1996年,地球上澳洲的一个气象站在台风过境时测到了408km/h的最高速度,火星风暴光论风力没那么可怕,因为火星大气太稀薄,这个大风的真正杀伤力只有地球上的四级风,不会吹翻地面上的航天器也不会飞沙走石一片漆黑。

不过火星风暴威力在于放电,许多想要软着陆于火星的探测器就是被火星风暴给毁灭了,苏联火星3号探测器的着陆部分在1971年抵达火星表面,不幸正好赶上一场特大沙暴,虽然成功着陆,但是14.5秒后两个信道就同时失联。就是被火星风暴放的电给毁了!

这种激起了由地面上扬起灰尘的强风形成的漩涡,正好被“好奇号”捕捉到了。NASA还没有确认尘暴的大小,因为距离太远,无法进行精确测量,但是“好奇号”捕捉到的图像显示部分尘暴达到了12英里高。好奇号在捕捉“尘魔”漩涡时需要在一段时间内拍摄多张图像。研究人员正在研究漩涡的形成、大小、方向和持续时间。

大气科学家Claire Newman表示: “但这个尘魔给人留下了深刻的印象,--如果你仔细看! --即使在原始图像中,你也能看到它在向右移动,在暗坡和亮坡的边界处,”


尘魔作为尘暴的一种,好奇号的研究将进一步促进对火星的了解。尘暴的形成与空气稀薄、地形、公转轨道有关。目前的一些理论还不能很好地解释尘暴 的发生机理和规模,更无法预测火星尘暴发生的时刻、持续的时间和规模。