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机遇号火星车被迫停工,火星沙尘暴的真实面目


来源:太空梦想


陷入困境的“机遇号”

近日,NASA“机遇号”火星车正面临一场考验

它目前正被一场大规模的火星沙尘暴所包围。

6月8日,尘暴的覆盖面积已达1800万平方公里。

这张6月6日的火星全球图向我们展示了火星上日益严重的沙尘暴。这张图由火星勘测轨道飞行器(MRO)上的火星彩色成像机(MARCI)拍摄。其中蓝点位置是机遇号火星车的大概位置。 

NASA/JPL-Caltech/MSSS

NASA的火星勘查轨道器于6月1日首次发现尘暴,此时距离机遇号已十分接近。此次沙尘暴覆盖区域包括了毅力谷(Perseverance Valley)。毅力谷是机遇号火星车当前的所在地,位于梅里迪亚尼平原内部。机遇号自2004年以来就一直在这个地方工作。

6月6日,机遇号的电平已经大幅下降,这就需要机遇号转向最低限度运行。 为了节电,科学家被迫中止了其考察工作。

机遇号用太阳能发电,因此天空一旦被尘暴遮蔽,充电就成了问题。沙尘暴持续时间如果过长,机遇号还会面临来自低温的严峻考验。

 火星沙尘暴究竟什么样?

沙尘笼罩下的红色星球

火星是一个非常干燥且长期尘土飞扬的地方。火星表面的尘暴,是火星大气中特有的现象,整个火星一年中有四分之一的时间都笼罩在漫天飞舞的狂沙之中。由于火星土壤含铁量甚高,导致火星空气中充斥着红色尘埃,从地球上看去,犹如一片桔红色的云。

从轨道卫星的监测情况来看,火星地表上方30000到50000米内都覆盖着大量粉尘。科学家们利用高分辨率的模型发现火星沙尘暴的内部有一团厚厚的“沙尘袋”,这个“沙尘袋”可能在太阳光作用下加热,引起周围大气层迅速升温。然后因为热气带着沙尘以极快的速度飞向天空,就像火箭升空一样,因此科学家喜欢把这种沙尘暴称作“火箭沙尘暴”

“火箭沙尘暴”

这种迅速上升的沙尘团能够以每秒超过10米的速度从近火星表面的地方升至离地面30或40千米的大气层中,过程须耗费数个小时。这个速度要比地球上的典型沙尘暴每秒0.1米的速度快很多。由于沙尘颗粒一个紧挨着一个产生摩擦,“火箭沙尘暴”可能充满静电力,进而产生奇异的闪电球。

每年火星都会有几场大的尘暴,然后扩展到像一个大洲面积大小的区域并持续数周。比年度尘暴规模更大的风暴一般较少发生,但是一旦发生,尘暴的规模是巨大且激烈的,比如席卷火星的全球性尘暴。火星全球性尘暴大概平均每3个火星年(5.5个地球年)发生一次。

1971年,抵达火星的第一颗人造卫星“水手”9号,在进入火星轨道后就发现火星上正在发生全球性的沙尘暴,火星表面70到80千米的高空被尘埃笼罩,根本无法观测,尘暴持续了几个月才结束。“勇气”号与“机遇”号也在2007年遭遇了火星全球沙尘暴太阳能电池阵发电量巨减,火星表面能见度较低,但它们最终还是度过了这段危险时期,在火星上顽强地生存了下来。

火星大型尘暴通常发生在南半球的夏季。和地球一样,火星的季节是因为转轴倾角产生的。但火星的轨道离心率为0.09,地球只有0.02,火星绕太阳的公转轨道没有地球那么圆,因此当火星运行到轨道近日点前后时会明显的变热。而这个明显变热的季节正好是火星南半球夏季,此时太阳对火星表面的加热作用比较大,热空气上升,尘埃扬起,尘暴开始形成,并且慢慢扩展。

沙尘的危害

像电影《火星救援》里那样能够让航天员陷入险境的沙尘暴在火星上是不可能真实发生的。因为火星表面的大气密度只有地球的百分之一,地球与火星沙尘暴最大的区别在于火星大气压很小,大气层稀薄。所以即使以同样的风速吹相同的物体,强度也是不同的。

2008年3月勇气号拍到的火星上的龙卷风,相比较地球上的龙卷风,火星的龙卷风对地球人没什么破坏力

但是火星尘暴并不是无害的。

火星的沙尘粒子非常细小且带有微静电,它们会附在任何物体的表面,甚至钻入机器设备内部,使机器发生故障无法正常运转。所以,如何设计在火星上使用的机器设备,让火星沙尘尽量不落在机器表面或进入内部,对工程师来说是个挑战。沙尘对太阳能电池板同样是个大问题,即使是非常小的沙尘暴,也可能卷起很多沙尘覆盖在电池板上,没有足够的阳光直接照射到太阳能面板上,也就无法提供充足的电力。

如果遇到全球性尘暴,可能会产生一个问题:扬起的沙尘进入大气会降低大气透明度,到达火星地表的太阳光也会减少。当最强的全球性尘暴来临时,在火星表面工作的漫游车或着陆器等设备需静静等到尘暴结束,这既是为了节省电池电力,也是为了保护精密的仪器设备。当太阳辐射抵达火星表面后,会加热火星表面的空气,而远离表面的空气依旧较冷。冷热两种空气在一起产生对流,较热的空气会带着表面的沙尘扬起上升,这就引起了更大规模的尘暴。

希望机遇号能再次渡过难关

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