沙尘暴对火星表面探测器的影响:回顾与展望

沙尘暴会对火星表面探测器带来发电量减少、环境温度降低、通信不稳定和仪器污染等方面的影响.为保障我国祝融号火星车的安全运行及未来火星表面探测任务的顺利开展,亟须评估沙尘暴对火星表面探测器的影响.通过系统性地回顾1997～2018年间火星表面探测器(包括着陆器与火星车)对沙尘的响应,初步认清了沙尘对火星表面探测器的影响规律——探测器太阳能电池阵列表面的尘埃以比较稳定的速率积累,而尘埃的沉积速率在沙尘暴期间,尤其是全球性沙尘暴期间会大大加快;同时,受多方面影响,电池阵列表面也会发生具有季节性模式的除尘事件.为规避沙尘暴带来的风险,在美国洞察号着陆器(InSight)的设计阶段就全面评估了沙尘暴对其着陆硬件系统及太阳能电池阵列的影响,并采取了一系列应对措施.洞察号应对沙尘暴的举措为我国未来的火星采样返回任务提供了重要启迪——前瞻性的科学指导是保障工程任务成功实施的关键.通过分析我国火星采样返回任务的初步轨道设计方案,建议未来火星探测器发射的最优窗口为2028年1月左右,以合理规避沙尘暴带来的风险.     

火星全大气模式与沙尘活动模拟研究:回顾与展望

基于火星全大气模式的数值模拟研究有助于深入理解火星陆面-大气-空间环境多圈层相互耦合过程,是当今国际研究热点.模式对整个火星大气区域气象要素的描述亦可作为保障火星探测活动顺利开展的重要参考依据.沙尘活动显著影响着火星气候与天气变化,也对火星表面探测器可造成巨大安全威胁.对沙尘活动及其影响完善的模拟是目前全大气模式开发与研究工作中的重点之一.本文回顾了火星全大气模式的发展历程,概述了其构建方法,总结了相关科研成果,多角度论述了自主发展火星全大气模式的重要科研与工程价值,建议以火星沙尘活动为重点研究方向,牵引我国火星全大气模式的自主研发.模式的开发与应用涉及行星科学、空间科学、大气科学、计算机科学多领域协同合作.其开发过程势必带动我国行星科学全面发展,为相关研究领域积累经验、储备人才.     

祝融号火星车巡视区2022年沙尘暴活动趋势初步分析

作为我国首次火星探测任务天问一号的重要部分,祝融号火星车于2021年5月15日着陆在乌托邦平原南部,22日成功驶离着陆平台,开展科学探测工作.目前,火星已经进入沙尘暴多发季节,而祝融号所处区域——乌托邦平原南部则是火星季节性沙尘暴的高发区.利用火星全球沙尘光学厚度的历史数据,本文分析了第24～35火星年(1998～2021年)的全球沙尘暴发生特征,对当前和未来一段时间内祝融号巡视区沙尘暴的活动趋势进行了预测.分析结果表明,祝融号巡视区在2022年3～12月可能出现强沙尘暴,对祝融号的探测工作可能造成显著影响.火星的探测研究是国家战略和科学前沿,火星沙尘暴的分析和预测是行星科学界与探测工程界共同关注的重大问题,需要更多学者尽快对此开展更广泛、更深入的研究.     

国际火星探测科学目标演变与未来展望

火星探测是当前太阳系探测和行星科学的焦点.经过近60年的发展,火星成为除地球外,探测和研究程度最高的太阳系行星体,派生出火星空间环境、火星大气、火星表层/次表层物质组成、形貌构造、撞击历史、冰川和冰冻层、气候变化、火星内部结构等多个研究领域.火星陨石研究和实验室模拟研究(实验模拟、数值模拟等)也得以快速发展.火星的重大科学发现包含早期和现代的水活动证据、地质环境多样性、现代地质过程监测、甲烷和有机物的发现、大气组成和演化、当前和近期气候变化、重力场和表面辐射环境等.重大科学成果的取得得益于科学目标规划的指引,也影响着未来科学目标的制订.通过梳理美国火星探测项目分析组(Mars Exploration Program Analysis Group, MEPAG)近20年火星探测科学目标(生命、气候、地质、载人)的演变,展现出国际火星探测思路及未来探测重点.未来10年的火星探测将进一步认知火星内部结构、开启火星生命探测的新阶段和开展火星和火星卫星样品返回.中国开展的火星探测任务也将为国际火星科学发展做出贡献.当前火星仍有诸多重大科学问题未有解答,这些问题与太阳系的重大科学问题紧密融合,突显出火星探测在太阳系形成演化以及太阳系行星宜居性的形成演化研究中不可替代的重要地位.     

新一代火星大气模式GoPlanet-Mars V1的研制

火星探测是当前国家高科技竞争力的标志,世界航天强国均研制火星大气模式,为登陆探测提供气象环境保障.本文描述了我国新一代火星大气模式(global open planetary atmospheric model for Mars,缩写GoPlanet-Mars,简称GoMars)的研制,其中的动力框架完全自主研发,具有二阶精度、能保证质量守恒. GoMars引进并耦合了美国宇航局艾姆斯研究中心的火星物理过程,具备模拟沙尘、水和CO₂的能力.基于我国“祝融号”、美国“维京1号、2号”的实测数据以及国际火星大气全球数据集评估了GoMars,结果表明:GoMars能成功再现3个探测器记录的火星大气独特的地表气压“两峰两谷”特征;在全球地表温度、纬向急流、极区CO₂冰和沙尘方面, GoMars也具备良好的模拟性能,可为我国火星探测计划实施提供新的气象环境保障手段.     

动态点击

<正>我国探测器有望在2021年到达火星据悉,我国正在规划深空探测工程,现初步明确了4次任务。首次任务计划在2020年7月发射火星探测器,预计经过10个月的飞行,在2021年到达火星,着陆火星表面并进行巡视探测。其后,计划在2028年左右进行第2次火星探测任务,采集火星土壤返回地球。同时,我国还将进行小行星探测,并在2030年前后开展木星系探测和行星系探测。目前,我国首次火星探测任务正在实施。     

探测狂暴的火星天气

凶猛尘暴肆虐火星 灰尘越来越密,小块的灰团像野火中的烟雾一样在大气中旋转,本应充满阳光的正午变得像黄昏,接着又成了黑夜.在不到一周的时间里,沙尘暴的范围超过了美国本土面积的2倍,并最终覆盖了整个星球.这里不是地球,一场沙尘暴正在肆虐火星.     

影响我国霾天气的多尺度过程

频发的霾天气是我国现阶段面临的最主要大气环境问题之一.霾期间高浓度大气细颗粒物(PM_(2.5))是多种物理化学过程综合影响的结果,包括排放、气-粒转化、大气边界层、局地环流、天气与气候等过程.上述过程的时空尺度跨越了几个数量级,在空间尺度上涵盖了纳米尺度至上千千米尺度.多尺度过程本身的复杂性以及不同过程之间的相互影响是目前大气环境领域面临的最严峻挑战,直接影响到对于霾天气形成机制的科学认识、预报技术与数值模式研发,以及相应的大气污染治理.文章综述了在影响我国霾天气的多尺度过程及其与气溶胶的相互作用领域取得的研究进展.研究表明:二次气溶胶已经成为我国大气气溶胶的主要部分,在霾过程后期,液相非均相过程对气-粒转化有重要贡献; PM_(2.5)呈现多时间尺度周期性振荡,包括1, 4～7以及40～60 d等,边界层、天气和气候等多尺度过程是造成上述周期性变化的主因;已有证据表明,我国高气溶胶已经影响到该区域大气光化学、大气边界层,甚至天气和气候过程.气溶胶与上述过程的相互作用进一步影响了气溶胶浓度及其空间分布,但是此问题极为复杂,尚存在很大不确定性.为此,今后需重点加强以下研究:加强包含气溶胶理化性质、大气光化学、气象要素在内的多要素协同观测,重点开展对流层内多要素协同垂直探测;增强跨学科领域研究,尤其是大气物理-大气化学-天气/气候等多学科间的交叉性研究;加强气溶胶与大气化学、边界层、天气气候等过程相互作用的数值模拟研究.     

火星上的神秘亮光

正美国宇航局"好奇号"火星车所载导航相机于2014年4月3日拍摄的一幅火星表面照,显示出火星表面的一处神秘闪光。有人声称这可能表明外星人在火星地下使用人造光,还有人说这可能是火星人的汽车头灯。但科学家指出,这种光亮并非人造光。宇宙空间充满辐射,而火星的稀薄大气意味着高能粒子(被称为宇宙射线,来自于太阳或深空)不可     

“祝融号”探测火星表面磁场

<正>火星全球性磁场的消失致使火星大气缺少了一道保护屏障,大气和水更容易被太阳风携带到行星际空间中,影响了火星早期生命的宜居环境.火星岩石剩磁记录着火星磁场的历史信息,是揭示早期火星液核发电机的状态、火星内部热历史和动力学过程等火星内部物理的窗口^[1].因此,火星磁场探测对理解火星宜居环境演化过程具有重要的科学意义.     

揭开火星陨石之谜

20世纪80年代科学家已掌握了可靠的证据证明降落在地球上的一些陨石来自火星:通过对被幽禁在这些岩石内的气体进行分析发现,它们与1976年海盗号飞船探测火星时其着陆器对火星大气的测量结果一致.这些岩石一定是当小行星撞击此红色行星时从火星表面炸出,并在太阳系内游荡了几百万年后坠毁在地球上的.但美国亚利桑那大学的     

火星CH_4气体空间密度分布的反演

目前对火星CH_4气体的探测是探索火星生命的一项重要手段,圈定出火星表面CH_4源区的位置可为将来火星生命的探索选取合适的目标点.本文在对火星CH_4气体共振散射进行探测的基础上,通过数值模拟的方法对火星CH_4气体的空间分布进行了反演.反演结果能再现模型的密度分布,辨认出CH_4气体密度分布较为稠密的区域,从而可以确定出火星表面CH_4源区的位置.     

火星的地壳

人们往火星上发射了为数很多的探测器,对火星表面和大气的知识不断增加,目前对火星的内部结构也越来越关心。要了解火星内部结构,一个巧妙的办法是在火星表面研究地震,至少应在两个不同的地方记录地震波。根据海盗号行星际飞行计划,曾在火星表面设置了两台地震仪,但只有2号登陆舱带到乌托邦(Utopia)平原的地震仪还在顺利地工作。     

等待出征的“火星科学实验室”

随着“火星科学实验室”（Mars Science Laboratory）出发日期的日益临近,人们对它的关注和议论也变得热烈起来．这个有6个轮子的新一代火星车在很多方面都与它的“前辈”“勇气号”和“机遇号”不一样．4年前,“勇气号”和“机遇号”先后降落在火星表面南北半球的两个不同的地区,它们原定的任务期限只有90个火星日,但直到今天,它们仍在不断地向地球传回探测数据。     

LUCC时空过程研究的方法进展

历经过去十多年的发展, LUCC时空过程研究的方法渐成体系, 并不断完善. LUCC时空过程研究方法体系是以地理学为理论依据, 以遥感和地理信息系统为技术依托, 适应全球变化与人类可持续发展研究的科学需求而形成的学科领域. 它涵盖LUCC时空过程探测、驱动机理分析、过程刻画与模拟及宏观生态效应评价等多个方面, 促进了地理学、地球信息科学、宏观生态学的跨学科交叉, 并推动了LUCC时空过程研究的不断深入. 国内外的研究表明, LUCC遥感动态信息提取与分析技术的发展和LUCC时空过程模拟手段的创新, 促进了LUCC时空过程研究方法体系的发展, 并推动LUCC时空过程研究的日臻深入. 综合利用遥感动态信息探测与分析技术, 建立多源时空数据平台, 实现海量数据的存储与集成, 是支撑LUCC时空过程研究方法体系的重要能力建设之一. LUCC时空过程研究方法体系将为区域乃至全球尺度LUCC研究提供综合技术手段, 并最终成为LUCC时空过程研究的重要方法论.     

火星探测技术的发展

火星是位于地球轨道外侧最近的一颗行星,通过探索火星,人类希望建立第二家园和寻找地球以外的生命.对火星的研究包括磁场、大气和气候、空间环境、地貌和水消失的痕迹等内容.当前火星探测的重点是寻找火星水源和生命迹象,并准备火星样品的回收工作.     

解读"天问一号":中国人为什么要探测火星?

正2020年7月23日,"天问一号"火星探测器在我国海南文昌发射场发射升空。这是中国首次行星探测任务。天问一号由轨道器、着陆器、巡视器三个部分组成,总质量约5吨。本次探测任务将一次性完成"绕、落、巡"三大任务,这也标志着我国行星探测的大幕正式拉开。本文将带大家一起认识中国的火星探测之旅。     

生命是否只存在于地球?

虽然长期的努力尚未发现地球之外存在生命,但越来越多的证据表明,地球不可能是宇宙中唯一孕育生命的星球.在太阳系中,火星仍是发现地外生命最有希望的天体.火星探测和火星陨石研究都证明,它在早期历史上有过一个湿润的环境,其表面曾经有过河流、湖泊、甚至海洋,完全可以孕育和支撑生命活动.直至现在,火星的次表层等局部区域仍有地下水的活动.木卫二和其他外行星的卫星很可能存在冰下海洋,也是未来探测地外生命的重要目标.开普勒太空望远镜发现了大量的系外行星,其中一部分落在宜居带,并具有岩石表面,验证了宜居行星在宇宙中存在的普遍性.原始的球粒陨石、碳质小行星、彗星、星际尘埃等存在有大量复杂的有机分子,为构建生命体提供了关键的物质基础,是联系无机-有机-生命演化链条的重要环节.生命起源与地外生命的存在与否,不仅是最基本的自然科学问题,也是深空探测的重大科学目标.     

青藏高原沙尘特征与高原黄土堆积: 以2003-03-04拉萨沙尘天气过程为例

青藏高原是否是一个重要的粉尘源区, 它关系到对青藏高原和远东-太平洋地区粉尘堆积、来源、环境效应认识和青藏高原隆升及全球海-陆-气相互耦合作用的重大科学问题. 2003年3月3～5日拉萨地区强扬沙天气过程的大气动力学和遥感影像跟踪分析, 表明高原具备沙尘暴发生的所有条件, 并有强大的上升运动将不同粒径的粉尘扬升到不同的高度, 使粗粒粉尘在高原东部就近堆积成粗黄土, 而较细的粉尘则被西风急流携带漂移并沉降到远东地区. 高原40年来沙尘暴时空分布表明沙尘暴主要发生在冬季和初春, 有较高的发生频率, 从冬到春由南向北移动并与西风急流的位置密切相关. 同中国大陆其他12个沙尘区相比, 高原因较高的沙尘暴发生频率, 特别是粉尘极易扬升到西风急流区, 成为远程传输中主要的粉尘源地之一.     

怎样加热火星大气

20世纪,天文学家借助先进的望远镜和光谱仪了解到,目前的火星实际上是一个干燥、寒冷的尘埃行星,比地球南极还寒冷,比撒哈拉沙漠还干燥.稀薄的火星大气中有97%是令人窒息的二氧化碳,气压是地球表面气压的1%以下,表面温差很大,平均为零下55℃.显然,这样的自然环境是不适合人类居住的.因此,"火星地球化"的重头戏是--"给火星大气加热".