洞察号探测到一个过境风涡


   2019-05-10 丨 资讯 丨 nasachina  丨  No Comment 丨  241

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洞察号探测到一个过境风涡

这是美国国家航空航天局(NASA)洞察号在火星上的第二张自拍照。自拍摄第一张自拍照以来,着陆器已将热探头和地震仪从甲板上卸下放置在火星表面,同时航天器表面也覆盖了一层薄薄的灰尘。
来源:NASA/JPL-Caltech

如同水能载舟亦能覆舟,将火星裹满灰尘的风,同样也可以将这些灰尘吹走。灾难性尘暴,和美国国家航空航天局(NASA)的机遇号火星车一样有可能在结束任务后“寿终正寝”。但更多的时候,掠过的火星风清除了火星车太阳能电池板上的灰尘,并提升了其能量。这些灰尘的清除使得机遇号和它的姊妹火星车勇气号能够在90天有效期后依然能够存活数年。

搭载在洞察号上的气象传感器,每次除尘都可以提供火星事件重要科学数据,本次火星探测任务也注意到了这一点。

2月1日,即火星探测任务的第65个火星日,洞察号探测到一个过境风涡(若风涡卷起灰尘从而变得肉眼可见,也被称为尘暴;但此次“洞察号”的相机并没有捕捉到风涡)。同时,洞察号着陆器上两块大太阳能电池板的发电功率发生了微小的上浮,其中一块电池板的发电功率增强了0.7%,另一块增强了2.7%,这说明太阳能面板上确有少量灰尘被抬起。

洞察号探测到一个过境风涡

上图:洞察号在火星上的第一张自拍照<
来源:NASA/JPL-Caltech

洞察号探测到一个过境风涡

上图:洞察号在火星上的第二张自拍照
来源:NASA/JPL-Caltech

与勇气号和机遇号火星车所观测到的除尘火星风偶尔会使电力增加10%,同时使太阳能电池板明显变得干净相比,火星风对洞察号带来的上述影响都是小巫见大巫。但最近的事件也科学家们提供了首次测量到火星风在火星表面与尘埃相互作用“实况”的机会, 因为NASA此前的探测器都没有安装气象传感器,无法全天候记录如此多的数据。随着时间的推移,这些传感器所收集到的除尘数据可以为太阳能发电任务的设计以及火星风如何影响地貌的研究提供了参考。

马里兰州劳雷尔市约翰霍普金斯大学应用物理实验室的“洞察号”科研团队成员Ralph Lorenz表示,“火星风虽然对洞察号电池功率输出并没有太大影响,但这是一项令人着迷的科学。它为我们了解火星风是如何驱动地表变化提供了一个出发点。我们仍然不知道在火星上扬起尘埃到底需要多大的风。”

工程师们在分析洞察号太阳能发电情况时,会定期计算“灰尘因子”,即覆盖在太阳能板上的灰尘量。虽然他们没有观察到灰尘因子在尘暴过境期间发生任何变化,但发现电流显著加强,表明过境尘暴的确掀起了一部分灰尘。

测量这些除尘的关键是洞察号上的众多天气传感器,统称为辅助载荷传感器套件(APSS)。在第一次尘暴事件中,APSS观测到风速稳步上升且气压急剧下降---这是尘暴过境的标志。

APSS观测到风向发生了180度左右的改变,这在尘暴径直穿过着陆器的情况下是可以预料到的。APSS测得的最高风速为每小时45英里 (每秒20米),但同时也探测到了火星表面探测任务中所记录的最明显的9帕斯卡的气压下降,即环境压力的13%。这种情况表明,可能有更强的火星风,因湍流太大使得传感器无法记录。

巴黎索邦大学动力气象学实验室参与洞察号研究的科学家Aymeric Spiga表示,“洞察号迄今为止测量到的最高风速为每小时63英里(28米/秒),因此从太阳能面板上扬起的灰尘漩涡也是我们所见过的最强风之一。如果没有过境风涡,风速通常在每小时4-20英里(2-10米/秒)之间,取决于一天当中的时间。”

此次扬尘发生在火星当地时间下午1点33分,与洞察号探测到的尘暴一致。在火星和地球上,最剧烈的尘暴活动通常出现在中午到下午3点之间,即阳光强度最大且地面比地表空气热的时候。

洞察号于2018年11月26日在火星赤道附近名为“极乐世界”(Elysium Planitia)的一块多风区域着陆。着陆器已经探测到许多过境尘暴,据Lorenz表示,在洞察号执行两年主要探测任务期间,极有可能探测到大量除尘事件。

洞察号每一块餐桌大小的太阳能面板在着陆后都覆盖了一层薄薄的灰尘。在那之后,由于尘埃和火星远离太阳的双重原因,太阳能面板的能量输出功率下降了30%左右。如今这些太阳能面板每火星日可产生2700瓦时的电能,对于日常运行所需要的1500瓦时电能来说是完全足够使用的。

此次任务的动力工程师们仍在期待着出现与勇气号和机遇号所经历的类似的除尘事件,但即使有段时间内可能无法看到,他们也有足够的力量继续等待下去。

关于洞察号

喷气推进实验室(JPL)服务于美国国家航空航天局(NASA)科学任务理事会,负责管理洞察号。洞察号属于NASA发现计划的一部分,由该机构位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心管理。位于丹佛的洛克希德马丁太空公司制造了洞察号航天器,包括其巡航级和着陆器,并为其执行任务期间的运行提供技术支持。

洞察号的探测任务得到了包括法国国家太空研究中心(CNES)和德国航空航天中心(DLR)在内的许多欧洲合作伙伴的大力支持。法国国家太空研究中心和法国巴黎地球物理学院(IPGP)提供了内部结构地震实验装置(SEIS),其他为SEIS做出重要贡献的机构包括:德国马克斯•普朗克太阳系研究所(MPS),瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH),英国帝国理工学院,英国牛津大学和美国国家航空航天局喷气推进实验室。德国航空航天中心提供了热流和物理性质包(HP3)仪器,同时,波兰科学院空间研究中心(CBK)和波兰Astronika做出了重要贡献。西班牙天体生物学中心(CAB)提供了温度与风速测量传感器。

有关洞察号的更多信息,请访问:https://mars.nasa.gov/insight/
有关火星的更多信息,请访问:https://mars.nasa.gov

参考
https://www.nasa.gov/feature/jpl/for-insight-dust-cleanings-will-yield-new-science

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