天气常常会影响我们的日常计划。天气预报说有凉风时,你可以穿上一件薄夹克;或者暴风雨即将来临,你可以推迟旅行计划。NASA的工程师也会使用天气数据来制定计划,这也是为什么他们要分析数百万英里以外的火星上的情况。

2月19日,约在火星探测器登陆火星一天后,NASA毅力号火星车上的火星环境动态分析仪(MEDA)系统首次通电30分钟。太平洋标准时间当天晚上8点25分左右,工程师们收到了来自MEDA的初始数据。

火星环境动态分析仪(MEDA)系统发射前的照片,该系统目前正在为来自火星杰泽罗陨石坑的工程师提供大气测量。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

“在紧张的下降和着陆阶段之后,MEDA团队焦急地等待第一个数据,以确认我们的仪器安全着陆,”马德里国家航空航天技术研究所(Instituto national de Tecnica Aeroespacial) 国家航空航天中心(CAB)的MEDA首席研究员何塞·安东尼奥·罗德里格斯·曼弗雷迪(Jose Antonio Rodriguez Manfredi)说,“那是激动人心的时刻。最终,经过多年的工作和规划,我们收到了MEDA的第一份数据报告。我们的系统还活着,并从SkyCam发送了第一批气象数据和图像。”

MEDA重约12磅(5.5公斤),包含一套环境传感器,用于记录尘埃平和六种大气条件–风(包括速度和方向)、压力、相对湿度空气温度、地面温度和辐射(来自太阳太空)。系统每隔一小时就会自行唤醒,记录和存储数据后,就会独立于漫游车的运行而进入休眠状态。无论火星车是否醒着,无论白天还是夜晚,系统都会记录数据。

当在地球上的工程师们收到MEDA的第一个数据点时,团队拼凑出了第一份来自火星上杰泽罗陨石坑的天气报告。

数据显示,当系统开始记录时,地表温度刚刚低于华氏零下4度(摄氏零下20度),而这一温度在30分钟内降至华氏零下14度(摄氏零下25.6度)。

MEDA的辐射和尘埃传感器显示,约在同一时间,与驻扎在大约2300英里(3700公里)外盖尔环形山内部的好奇号漫游车上的漫游车环境监测站(REMS)的报告比较,杰泽罗陨石坑的大气比盖尔环形山更清洁。MEDA的压力传感器告诉工程师,火星上的压力是718帕斯卡,完全在他们的模型预测的705-735帕斯卡范围之内。

缩小大气层的差距

多亏了地球上的望远镜和绕火星运行的航天器科学家们才得以很好地了解这颗红色星球的气候,甚至可以对整个火星年(两个地球年)的沙尘暴程度有所了解。然而,预测尘埃的扬起和移动,或者小风暴如何演变成环绕整个火星的大风暴,将有利于未来的科学和探索任务

在接下来的一年里,MEDA将提供关于温度循环、热通量、尘埃循环以及尘埃粒子如何与光相互作用,最终影响温度和天气的宝贵信息。同样重要的是MEDA对太阳辐射强度、云层形成和当地风的读数,这些读数可能为计划中的火星采样返回任务的设计提供信息。此外,测量结果将帮助工程师更好地了解如何为人类和栖息地以应对火星上的条件做好准备。

MEDA突出显示在2020年火星探测器上。
影像来源:NASA / JPL-Caltech

好奇号火星车上的REMS目前提供类似的每日天气和大气数据。通过国际合作设想的MEDA以REMS的自主气象站设置为基础,并进行了一些升级。该系统由西班牙提供,由CAB开发,芬兰气象研究所提供了捐助。美国的贡献由美国宇航局空间技术任务局内的游戏改变发展计划(Game Changing Development program)资助。

MEDA拥有更高的整体耐久性和额外的温度读数,它可以记录三种大气高度的温度:2.76英尺(0.84米)、4.76英尺(1.45米)和98.43英尺(30米),此外它还可以记录火星表面温度。该系统使用火星车车体和桅杆上的传感器,以及能够测量漫游车上方近100英尺处温度的红外传感器。MEDA还记录了火星表面附近的辐射平衡,这将有助于为今后人类在火星上的探索任务做准备。

有了MEDA的天气报告,工程师们现在有了来自红色星球上三个不同地点的大气数据——毅力号、好奇号 和洞察号探测器,察号上有 温度和风传感器(TWINS)。这三个探测器将使NASA能够更深入地了解火星的天气模式、事件和大气湍流,从而影响未来任务的规划。从近期来看,MEDA的信息正在帮助决定机智号火星直升机飞行的最佳大气条件。

NASA的毅力号火星车从奥克塔维亚·E·巴特勒着陆点出发,通过其Mastcam-Z仪器可以看到一个被称为三角洲的扇形沉积物的遗迹。科学家认为,这个三角洲是火星杰泽罗陨石坑一条古老河流和一个湖泊交汇的遗迹。
影像来源:NASA / JPL-Caltech

随着机智号实现了飞行前的里程碑,MEDA在任务的第43和第44天(或称火星日)(地球上的4月3-4日)的报告显示,杰泽罗陨石坑的最高温度为零下7.6华氏度(零下22摄氏度),最低温度为零下117.4华氏度(零下83摄氏度)。MEDA还测得风速约为22英里/小时(10米/秒)的阵风。

“我们很高兴看到MEDA工作良好,”位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室的MEDA副首席研究员曼努埃尔·德拉·托雷·华雷斯 (Manuel de la Torre Juárez)说,”MEDA的报告将提供更好的火星表面附近环境的情况。MEDA和其他仪器实验的数据将揭示更多火星上的谜题,并帮助为人类探索做准备。希望它的数据能使我们的设计更强大,我们的任务更安全。”

关于毅力号的更多信息

毅力号在火星上的任务的主要目标是天体生物学,包括寻找古代微生物生命的迹象。火星车将确定该星球的地质和过去气候的特征,为人类探索红色星球铺平道路,并将成为第一个收集和储存火星岩石和碎石(碎石和尘埃)的任务。

随后的NASA任务将与ESA(欧洲航天局)合作,将航天器送往火星,以从火星表面收集这些密封的样本,然后将它们送回地球进行深入分析。

喷气推进实验室构建并管理毅力号的运行。

有关毅力的更多信息,请访问:

nasa.gov/perseverance

mars.nasa.gov/mars2020/

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/nasa-s-first-weather-report-from-jezero-crater-on-mars

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