火星将迎来一名新的机器人气象学家,为未来的人类探索做准备

美国宇航局的火星2020漫游者正在研究其周围环境

美国宇航局的“毅力”火星探测器在桅杆下方有两个风传感器,也就是“头”。它们是MEDA的一部分,MEDA是一个气象科学包,将提供火星表面的重要数据,特别是大气中的灰尘。来源:美国国家航空航天局/姓名

传感器在美国国家航空航天局“恒心号”将通过测量天气和研究尘埃颗粒,为未来的人类探索做准备。

火星将在2021年2月18日NASA的“毅力”号探测器着陆后,收到一系列新的天气报告。因为它搜索Jezero火山口为了寻找古代微生物生命的迹象,“毅力”号将收集第一批行星样本,并在未来的任务中返回地球。但火星车也将提供关键的大气数据,帮助未来的宇航员在这个红色星球上生存,没有可呼吸的氧气,低温,全星球的尘暴和来自太阳的强烈辐射。

收集天气数据的仪器叫做MEDA,是火星环境动力学分析仪的缩写。它的部分目标是收集基本信息:温度、风速和方向、压力和相对湿度。“坚忍号”着陆点的模型温度范围为平均零下126度华氏温度(零下88度摄氏),到下午大约零下9华氏度。

还有美国宇航局的气象仪器好奇号洞察力着陆器西班牙马德里国家技术航空航天研究所(Instituto Nacional de Tecnica aerospace) Astrobiología中心(Centro de Astrobiología, CAB) MEDA首席研究员罗德里格斯-曼弗雷迪(Jose Antonio Rodriguez-Manfredi)说,这三艘飞船将创建“另一个星球上的第一个气象网络”。

NASA“毅力”号火星漫游者空中摄像机

SkyCam是美国宇航局“毅力”号火星探测器上的一个面向天空的摄像头。作为探测车气象仪器MEDA的一部分,SkyCam将拍摄火星天空中掠过的云朵的图像和视频。来源:美国国家航空航天局/姓名

但MEDA和它的前身的一个关键区别是,它还将测量火星大气中尘埃颗粒的数量、形状和大小。对于火星上的任何地表任务来说,尘埃都是一个重要的考虑因素。它会覆盖所有的东西,包括飞船和任何可能有的太阳能电池板。它还驱动地表和大气中的化学过程,并影响温度和天气。Perseverance团队希望更多地了解这些互动;这样做将有助于团队规划操作聪明才智火星直升机

罗德里格斯-曼弗雷迪说:“了解火星尘埃对这项任务非常重要。”“这些细小的尘埃颗粒离开了表面,覆盖了整个星球。我们不知道火星的风和温度变化是如何导致全球沙尘暴的,但这将是未来任务的重要信息。”

虽然这些风暴没有你在电影中看到的那种力量(火星的大气层太薄了),但它们会产生一层厚厚的尘埃。2018年夏天的一场全球沙尘暴结束了美国宇航局最老练的太阳能月球车“机遇号”的任务,该月球车已经运行了近15年。

即使在风平浪静的日子里,火星上的尘埃也无处不在,而且具有侵略性。

NASA“毅力”号火星探测器

美国宇航局“毅力”号火星探测器上的两个风传感器中的一个从桅杆上弹起。这些传感器是恒心公司的气象仪器MEDA的一部分。来源:美国国家航空航天局/姓名

MEDA将能够测量每日尘埃循环的细节:“我们知道,大气基本上在中午搅动尘埃。到了晚上,气温下降时,大气稳定下来,灰尘也少了,”美达的副首席研究员、美国宇航局南加州喷气推进实验室的曼纽尔·德拉·托雷·华雷斯说。“我们想知道更多,因为随着我们的火星任务越来越大,对尘埃的考虑可能也会变得更重要。”

阿波罗号的宇航员发现,月球尘埃是一个普遍的麻烦,会进入头盔环,粘在宇航服上,并影响宇航服的冷却系统。阿波罗登月任务只持续了几天。人类前往火星的任务可能要长得多,因此有关每日尘埃循环的新数据将有利于任务规划者以及航天器和宇航服设计师。

寒冷多云,辐射大

空气中的尘埃甚至会影响到轰击火星表面的太阳辐射量。在地球上,我们的大气层和地球的磁场保护我们免受辐射。但火星上没有全球磁场,它的大气层密度只有地球的1%。因此,测量灰尘和辐射是密切相关的,尤其是在宇航服设计中。

罗德里格斯-曼弗雷迪说:“辐射可能是宇航员面临的最极端条件。”“保护宇航员免受辐射的防护服至关重要。”

为此,MEDA的SkyCam将拍摄并制作天空和云层的视频,同时监测不同波长的天空亮度,以帮助我们更好地了解火星上的辐射环境。

Rodriguez-Manfredi说:“我们将拥有自己的相机来监测这些云层和不透明度,以及大气中可能改变太阳辐射强度的灰尘或其他气溶胶的数量。”“我们将能够看到大气中的沙尘量每小时的变化。”

这些信息也将有助于“恒心”寻找过去的生活。就像在地球上一样,如果火星上曾经存在过生命,那很可能是基于有机分子。太阳辐射可以改变岩石中过去生命的痕迹,MEDA的数据将帮助科学家了解这些变化。

净化空气

MEDA的数据将有助于另一个关于毅力的工具:the火星氧原位资源利用实验(MOXIE).MOXIE将展示一项技术,未来的探索者可能会使用它来制造氧气,用于火箭推进剂和呼吸。像MOXIE这样的设备要想成功,任务规划者需要更多关于他们面临的问题的信息。“他们有干净的空气吗?”德拉托雷·华雷斯说。“他们的空气是不是满是灰尘?”这些灰尘最终会不会填满空气过滤器?他们可以确定一天中哪些时间运行MOXIE比较好,哪些时间不运行更好。”

为了测量它的尺寸,MEDA会在每一个小时,不分昼夜地醒来,不管“毅力”是在游荡还是在打盹。这将创造一个几乎恒定的信息流,以帮助填补我们对火星大气的知识空白。

更多关于使命

“毅力”号火星任务的一个关键科学目标是天体生物学,包括寻找古代微生物生命的迹象。yabo124火星车将描绘火星的地质和过去的气候特征,为人类探索这颗红色星球铺平道路,并将首次完成收集和封存火星岩石和风化层(破碎的岩石和灰尘)的任务。

美国国家航空航天局目前正在考虑与欧洲航天局合作的后续任务,将向火星发射航天器,从火星表面收集这些储存的样本,并将它们返回地球进行深入分析。

2020年火星任务是一个更大计划的一部分,该计划还包括月球任务,为人类探索这颗红色星球做准备。美国国家航空航天局(NASA)的任务是在2024年之前将宇航员送回月球,并将在2028年之前通过美国宇航局的阿耳特弥斯(Artemis)月球探索计划在月球上和周围建立一个持久的人类存在。

喷气推进实验室位于加州帕萨迪纳市的加州理工学院(Caltech)为美国国家航空航天局(NASA)管理,负责建造和管理“毅力”号(Perseverance)漫游者的运营。

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