NASA证实DART任务的撞击改变了小行星在太空中的运动

NASA证实DART任务的撞击改变了小行星在太空中的运动

NASA的哈勃太空望远镜于2022年10月8日拍摄的这幅图像显示,9月26日,这颗小行星被NASA的DART航天器故意撞击285小时后,从Dimorphos表面爆炸的碎片。随着时间的推移,碎片尾巴的形状发生了变化。科学家们正在继续研究这种物质以及它在太空中的移动方式,以便更好地了解这颗小行星。 影像来源:NASA/ESA/STScI/Hubble NASA的双小行星重定向测试(DART)调查团队对过去两周获得的数据进行分析后发现,航天器与目标小行星Dimorphos的动力学碰撞成功改变了小行星的轨道。这标志着人类第一次有目的地改变天体的运动,也是第一次全面演示小行星偏转技术。 “我们每个人都有责任保护我们的家园。毕竟,这是我们唯一拥有的星球。”NASA局长比尔·纳尔逊表示。“这次任务表明,NASA正努力为宇宙抛给我们的任何东西做好准备。NASA已经证明,作为地球的捍卫者,我们是认真的。这是地球防御和全人类的分水岭时刻,展示了NASA杰出团队和来自世界各地合作伙伴的承诺。” 在DART撞击之前,Dimorphos绕其更大的母小行星Didymos公转的时间为11小时55分钟。自从9月26日DART与Dimorphos的有意碰撞以来,天文学家一直在使用地球上的望远镜来测量公转时间发生了多大的变化。现在,调查团队已经证实,航天器的撞击使Dimorphos围绕Didymos的公转时间缩短了 32分钟,将11小时55分钟的公转时间缩短为11小时23分钟。该测量的不确定度大约为正负2分钟。 在撞击之前,NASA将Dimorphos的最小成功轨道周期变化定义为73秒或更长时间的变化。这一早期数据显示,DART超过了这一最低基准25倍以上。 “这一结果是理解DART撞击目标小行星的全部影响的重要一步。”华盛顿NASA总部NASA行星科学部主任洛里•格莱泽表示。“随着每天都有新的数据传来,天文学家将能够更好地评估,如果我们发现一颗小行星朝我们飞来,像DART这样的任务是否以及如何在未来被用来帮助保护地球免受与小行星的碰撞。” 调查团队仍在利用世界各地的地面天文台,以及NASA喷气推进实验室位于加利福尼亚州的戈德斯通行星雷达和国家科学基金会位于西弗吉尼亚州的绿岸天文台的雷达设施,获取数据。他们通过频繁的观测来更新周期测量,以提高其精度。 现在的焦点正在转向测量DART与目标碰撞时每小时约14,000英里(22,530公里)的动量传递效率。这包括对“抛射物”的进一步分析,抛射物是由撞击引起的数吨小行星岩石移位并发射到太空中。碎片爆炸产生的后坐力大大增强了DART对Dimorphos的推力,有点像气球喷出的气流将气球推向相反的方向。 为了成功地理解抛射物的反冲效应,需要更多关于小行星物理性质的信息,例如其表面的特征,以及它的强弱。这些问题仍在调查之中。 “DART为我们提供了一些关于小行星特性和动能撞击器作为行星防御技术的有效性的迷人数据。”马里兰州劳雷尔市约翰·霍普金斯应用物理实验室(APL)的DART协调负责人南希·查博特说。“DART团队正在继续研究这一丰富的数据集,以全面理解这一首次小行星偏转的行星防御测试。” 为了进行这一分析,天文学家将继续研究DART终端方法和意大利航天局提供的轻型小行星立方体成像卫星(LICIACube)的Dimorphos图像,以估算小行星的质量和形状。大约四年后,欧洲航天局的Hera项目还计划对Dimorpos和Didymos进行详细调查,特别关注DART碰撞留下的陨石坑,并精确测量Dimorphos的质量。 约翰霍普金斯APL建造并操作DART航天器,作为NASA行星任务计划办公室的一个项目,负责管理NASA行星防御协调办公室的DART任务。对DART团队用于确定这一结果的观测做出贡献的望远镜设施包括:金石天文台、绿岸天文台、智利拉斯坎帕纳斯天文台的Swope望远镜、智利拉斯新罗天文台的丹麦望远镜,以及智利和南非拉斯坎布雷斯天文台的全球望远镜网络设施。 在DART与Dimorphos的受控碰撞之前或之后,Dimorphos和Didymos都不会对地球造成任何危害。 有关DART任务的更多信息,请访问: https://www.nasa.gov/dart 参考来源: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-confirms-dart-mission-impact-changed-asteroid-s-motion-in-space

詹姆斯·韦伯太空望远镜校准完成,准备进行仪器调试

詹姆斯·韦伯太空望远镜校准完成,准备进行仪器调试

影像来源:NASA/STScI NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的校准工作现已完成。经过全面审查,天文台已被证实能够用其四个强大的机载科学仪器中的每一个捕捉清晰、对焦良好的图像。在完成望远镜校准的第七个也是最后一个阶段后,该团队举行了一系列关键决策会议,一致同意韦伯准备好进入下一个也是最后一系列准备工作,即科学仪器调试。这个过程将需要大约两个月的时间,然后科学操作将在夏季开始。 在一系列的图像中可以看到韦伯望远镜在所有仪器上的校准情况,这些图像捕捉到了天文台的全部视野。 NASA戈达德航天飞行中心韦伯光学望远镜元件经理李·范伯格说:“成功校准的望远镜拍摄的这些非凡的测试图像,展示了各国和各大洲的人们在有探索宇宙的大胆科学愿景时可以实现的目标。” 该望远镜的光学性能继续优于工程团队最乐观的预测。韦伯的镜面现在正将从太空收集的完全聚焦的光引导到每台仪器中,每台仪器都成功地捕捉到了光传递给它们的图像。提供给所有仪器的图像质量都是“衍射受限”的,这意味着在考虑到望远镜的尺寸的情况下,可以看到的细节的精细度在物理上是尽可能好。从这一点开始,对镜面的唯一改变将是对主视镜段进行非常小的周期性调整。 “随着望远镜校准工作的完成和我半辈子的努力,我在詹姆斯·韦伯太空望远镜任务中的角色已经结束。”Ball Aerospace公司韦伯波前传感和控制科学家斯科特·阿克顿说。“这些图像深刻地改变了我看待宇宙的方式。我们被创造的交响乐所包围;到处都是星系!我希望世界上的每个人都能看到它们。” 在每台仪器的视场中,清晰聚焦的恒星的工程图像表明,望远镜完全校准并处于准确对焦状态。在这次测试中,韦伯指向了大麦哲伦星云的一部分。大麦哲伦星云是银河系的一个小卫星星系,在天文台的所有传感器中提供了一个由数十万颗恒星组成的密集区域。这里显示的图像的大小和位置描绘了韦伯的每一个仪器在望远镜焦平面中的相对排列,每个仪器都指向天空中相对彼此略微偏移的部分。韦伯的三种成像仪器分别是NIRCam(图中显示波长为2微米)、NIRISS(图中显示波长为1.5微米)和MIRI(图中显示波长7.7微米,显示星际云和星光发射的更长波长)。NIRSpec是光谱仪而不是成像仪,但可以拍摄图像,如此图中显示的1.1微米图像,用于校准和目标获取。NIRSSPEC部分数据中可见的暗区是由于其微快门阵列的结构,该阵列有数十万个可控快门,可以打开或关闭以选择哪些光被送入光谱仪。最后,韦伯的精细导航传感器跟踪导航星,精确地指向天文台;它的两个传感器通常不用于科学成像,但可以拍摄如图所示的校准图像。该图像数据不仅用于评估图像清晰度,还用于精确测量和校准传感器之间的细微图像扭曲和校准,这是韦伯整个仪器校准过程的一部分。 影像来源:NASA/STScI 现在,韦伯团队将把注意力转向科学仪器的调试。每台仪器都是一套高度精密的探测器,配备了独特的透镜、面罩、过滤器和定制设备,有助于完成其设计的科学目标。这些仪器的特殊特性将在仪器调试阶段以各种组合进行配置和操作,以充分确认它们已准备好用于科学研究。随着望远镜校准的正式结束,参与每台仪器调试的关键人员已经抵达巴尔的摩空间望远镜科学研究所的任务操作中心,部分望远镜对准工作人员也已结束工作。 韦伯望远镜完成校准阶段 视频来源:NASA’s Goddard Space Flight Center 尽管望远镜校准已完成,但仍有一些望远镜校准活动:作为科学仪器调试的一部分,望远镜将被命令指向天空中的不同区域,这些区域的太阳辐射总量将会变化,以确定当目标改变时的热稳定性。此外,每两天进行一次持续的维护观察,将监测后视镜的校准情况,并在需要时进行校正,使镜面保持在校准位置。 参考来源: https://blogs.nasa.gov/webb/2022/04/28/nasas-webb-in-full-focus-ready-for-instrument-commissioning/

入轨点火成功,詹姆斯·韦伯太空望远镜抵达L2

入轨点火成功,詹姆斯·韦伯太空望远镜抵达L2

今天(1月24日),美国东部时间下午2点,韦伯点燃了近5分钟(297秒)的火箭推进器,以完成发射后对韦伯轨道的最后一次路线修正。这一中途修正使韦伯成功进入其围绕第二个日地拉格朗日点(L2)的最终飞行轨道,该点距离地球近100万英里。 最后一次中段点火只给韦伯的速度增加了大约3.6英里/小时(1.6米/秒)–仅仅是步行的速度,而这正是将其送入其首选的围绕L2点的光环轨道所需要的全部。 “韦伯,欢迎回家!”NASA局长比尔·纳尔逊说。“祝贺团队辛勤工作,确保微博今天安全抵达L2。我们离揭开宇宙奥秘又近了一步。我迫不及待地想要看到韦伯今年夏天的第一张新宇宙图!” 点击轨迹图查看全屏版本。 影像来源:史蒂夫·萨比亚/美国宇航局戈达德航天飞行中心 韦伯的轨道将使它在任何给定的时刻都能看到宇宙的广阔视野,同时它的望远镜光学系统和科学仪器也有机会在足够冷的条件下运行和执行最佳的科学研究。韦伯在飞行到L2区域时,尽可能少地使用推进剂进行航向修正,以便在韦伯在其生命周期中尽可能多地保留剩余推进剂用于常规操作:空间站保持(进行小的调整以保持韦伯在其预期的轨道上)和动量卸载(抵消太阳辐射压力对巨大的遮阳板的影响)。 “在过去的一个月里,JWST取得了惊人的成功,这是对所有花费多年甚至几十年来确保任务成功的人们的致敬。”NASA戈达德航天飞行中心韦伯项目经理比尔·奥克斯说。“我们现在即将校准镜片、仪器激活和调试,开始奇妙和惊人的发现。” 现在韦伯的主镜部分和副镜已经从其发射位置部署完毕,工程师们将开始为期三个月的复杂过程,将望远镜的光学系统调整到接近纳米的精度。 美国东部时间今天下午3点观看美国宇航局科学直播的一个特别节目,了解更多关于詹姆斯·韦伯太空望远镜的下一步计划。 参考来源: https://blogs.nasa.gov/webb/2022/01/24/orbital-insertion-burn-a-success-webb-arrives-at-l2/

一个新的太空仪器捕捉到了它的第一次太阳喷发

一个新的太空仪器捕捉到了它的第一次太阳喷发

对于新的太阳观测航天器来说,第一次太阳喷发总是特别的。 2021年2月12日,距离发射还有一年多的时间,欧洲航天局(ESA)和美国宇航局(NASA)的太阳轨道飞行器捕捉到了这一日冕物质抛射,或称CME。这张照片来自该任务的SoloHI仪器——太阳轨道日球成像仪的简称——该仪器可以观察太阳和行星之间的太阳风、尘埃和宇宙射线。 这是一个简短的、颗粒状的视图。太阳轨道飞行器的遥感要到11月才进入全面科学模式。SoloHI使用四个探测器中的一个,其频率低于正常频率的15%,以减少获取的数据量。尽管如此,敏锐的眼睛仍然可以发现突然爆发的粒子,即CME,正在逃离太阳,它在镜头的右上方。日冕物质抛射在视频的半途中以明亮的爆发开始——日冕物质抛射密集的前缘——并向屏幕左侧漂移。 太阳轨道日球成像仪(SoloHI)观测到的第一次日冕物质抛射,或称CME,表现为一股突然的白色阵风(日冕物质抛射的密集锋面),并扩展成太阳风。本视频使用差分图像,通过从当前图像中减去前一张图像的像素来突出变化。图片中最右边的缺失点是一个过度曝光的区域,来自航天器太阳能阵列的光被反射到SoloHI的视野中。出现在我们视野中的黑白方块是遥测块,是压缩图像并将其传回地球时产生的伪影。 影像来源:ESA & NASA/Solar Orbiter/SoloHI team/NRL 对于SoloHI来说,捕捉到这个CME是一个愉快的意外。当喷发到达航天器时,从地球的角度看,太阳轨道飞行器刚刚从太阳后面经过,正绕着另一边返回。在计划这项任务时,团队并不期望在那段时间内能够记录任何数据。 “但是自从我们计划了这个之后,地面站和技术都得到了升级,”华盛顿特区美国海军研究实验室SoloHI的首席研究员罗宾·科拉尼诺(Robin Colaninno)说,“所以我们实际上得到了比原来计划的更多的下行链路时间。于是SoloHI眨了眨眼睛,捕捉到了它的第一次日冕物质抛射。” 太阳轨道飞行器上的另外两个成像仪——欧洲航天局的极端紫外线成像仪和Metis——也捕捉到了日冕物质抛射的图像。请阅读更多有关欧空局对此次活动的报道。 NASA的STEREO-A航天器,即日地关系观测站的简称,也从它的COR2探测器上瞥见了这一景象,COR2探测器挡住了太阳明亮的圆盘,以观察太阳风中其他微弱的现象。 由太阳轨道飞行器的太阳轨道日球成像仪观测到的第一次日冕物质抛射。 影像来源:NASA/STEREO/COR2 回到地球上,NASA的月球到火星空间天气分析办公室模拟了日冕物质抛射在太阳系中的轨迹,以追踪它在太阳系中的轨迹。标有红色菱形的太阳轨道器和红色方形的STEREO-A的位置显示了它们不同的有利位置。 SoloHI在2021年2月12日观测到的日冕物质抛射的模拟路径。最左边的图显示太阳在中心呈白色圆圈,内行星和一些航天器在轨道上的位置出现。中间和右边的面板显示了同一模型的不同角度,聚焦在地球上。 影像来源:NASA’s Goddard Space Flight Center/M2M/CCMC NASA的航天器已经观测日冕物质抛射数十年了,但太阳轨道飞行器仍然是一个改变游戏规则的工具。“在过去的25年里,我们已经意识到在太阳和地球表面之间发生了很多日冕物质抛射,”科拉尼诺说。“所以我们希望通过更靠近太阳来获得这些外流物的更高分辨率的图像。” 太阳轨道飞行器已经拍摄了迄今为止最接近太阳的照片,而且它只会越来越近。太阳轨道飞行器的正式任务在11月开始,届时SoloHI和其他的遥感仪器将以全科学模式启动。敬请期待! 参考来源: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/a-new-space-instrument-captures-its-first-solar-eruption

世界地球日,与NASA一起探索这颗美丽的蓝色星球

世界地球日,与NASA一起探索这颗美丽的蓝色星球

2020年NASA世界地球日50周年海报——“地球的心跳”:在世界地球日的50周年之际,NASA科学任务理事会的海报利用真实的科学数据,以惊人的方式展示了我们星球的互联系统,以及它们如何连成了地球跳动的心脏。 图片来源:NASA/珍妮•莫塔(Jenny Mottar) 50年前,也就是1970年的4月22日,全世界的环保主义者庆祝了第一个世界地球日(Earth Day),数千万人聚集在一起,宣扬着保护我们这颗美丽蓝色星球的重要性。 今年的世界地球日,即使疫情之下人们不得不彼此隔离,我们仍能一同欣赏地球奇绝的美丽,以及吸引了一代代科学家不断探索的深刻科学,而如今,我们呆在家里就能借用这些科学了解地球运作的方式。 地球的各个系统都相互连通,我们所有人也彼此联系。为了保护自己和他人,在今年的世界地球日我们可以借助网络实现“虚拟联系”,NASA鼓励大家用#宅家地球日(#EarthDayAtHome)的标签在社交媒体上分享自己庆祝地球日50周年的照片和小视频,内容可以是特殊科学活动的图片,也可以是自己创作的艺术品,还可以是窗外的树或任何能带给你灵感的东西。 看见地球,听见地球 特别版:在美国东部时间4月22日下午3点(北京时间4月23日凌晨3点),NASA将播出“NASA科学直播”(NASA Science Live,https://www.nasa.gov/nasasciencelive)的特别版,NASA局长吉姆•布里登斯坦(Jim Bridenstine)将和大家一起讨论地球科学,直播还将介绍NASA的科学技术对我们星球作出的贡献,包括珊瑚礁地图的绘制、最新的电动飞机,以及空间技术为地球服务的方式。 [rml_read_more] 距离阿波罗8号(Apollo 8)宇航员威廉•安德斯(William Anders)拍摄地球从月球地平线上升起的图片,已经过去了50多年。这张“地球升起”(Earthrise)的史诗级画面,激发了我们对宇宙中地球脆弱性的新认识。两年后,世界地球日诞生,目的正是纪念我们的蓝色母星。在世界地球日的50周年之际,NASA回顾了地球观测卫星列队的持续壮大让我们对地球的气候、大气、陆地、极地和海洋有了哪些更清晰的认识。 视频来源:NASA戈达德航天飞行中心(Goddard Space Flight Center) NASA世界地球日的50周年回顾:在世界地球日的50周年之际,上面这支NASA的精彩视频,反映了NASA地球观测卫星列队的持续持续壮大让我们对地球的气候、大气、陆地、极地和海洋有了哪些更清晰的认识。 NASA具有独特的太空优势,让我们能更好地了解地球系统间的相互连接,并利用这些知识让人类在这颗星球上可以更好地、可持续地生活,保护世界上多种多样的生命,不断适应自然发展和人为带来的变化。NASA与全世界一起庆祝世界地球日的第50个年头,并在此重申理解地球的互联系统来帮助守护后代的决心。 视频来源:NASA 让太空为地球服务:这部2020年地球日的特殊视频,向我们展示了NASA独特的太空优势,它让我们能更好地了解地球系统间的相互连接,并利用这些知识让人类在这颗星球上可以更好地、可持续地生活,保护世界上多种多样的生命,不断适应自然发展和人为带来的变化。 探索地球:NASA的地球科学家宅在家的时候,录制了一系列新的短片,涉及的主题极为广泛,介绍了自第一个地球日以来地面与空间科学探索的进展。你可以在NASA科学任务理事会(Science Mission Directorate)的油管频道(https://www.youtube.com/user/ScienceAtNASA)上找到这一系列视频的播放列表。 NASA宇航员杰西卡•梅厄(Jessica Meir)最近返回了地球,在国际空间站(International Space Station)上,她亲眼望见了地球罕见而壮观的景色,在“世界地球日”的特别视频中,她讲述了自己的感受。 视频来源:NASA 最佳视野:登上国际空间站的NASA宇航员,无疑获得了人类观赏地球的最佳视野。为了庆祝世界地球日,以及2020年国际空间站成立20周年纪念日,NASA精心策划的“下至地球”(Down to Earth)系列视频(可以附上之前的推送链接),邀请了宇航员谈论他们从太空中看到地球的感受,最新的视频是由两名NASA宇航员录制的世界地球日特别版本。在“#与杰西卡•梅厄一起的宅家世界地球日”(#EarthDayAtHome with Jessica Meir)视频中,梅厄谈到了她了解这颗星球的独特太空视角。在“与NASA宇航员安德鲁•摩根(Andrew Morgan)一起回望地球”的视频中,我们将随摩根一同进入国际空间站的穹顶中,一起体验在太空中拍摄行星照片的神奇经历。 玩转地球 NASA收集了各种活动、视频、特殊节目和其他的材料,帮助你使用NASA世界地球日50周年纪念日的工具包(https://www.nasa.gov/content/earth-day-2020-50th-anniversary-toolkit),以此来纪念“宅家地球日”。你还可以在“宅家NASA”的首页(https://www.nasa.gov/specials/nasaathome/index.html)、“宅家NASA 理工科学主页”(https://www.nasa.gov/stem)找到各种资源,包括专门为世界地球日创建的视频、在线游戏、手机应用、社交媒体的活动,甚至还有乐高挑战。 完成NASA的在线任务,探索与我们地球相关的科学以及NASA研究地球的各种方式,然后做一套有趣的互动测试,看看自己学到了什么。 图片来源:NASA / 佩里莎•盖茨(Perisha Gates) 宅家世界地球日的在线探究性学习(Webquest):你可能知道NASA一直在探索宇宙和航空技术,但你知道NASA其实也一直在研究我们的地球吗?所有这些知识都能为保护我们的环境提供帮助。通过NASA地球科学在线探究性学习,你将了解NASA是如何研究和保护我们的土地、空气、水和冰的,然后利用一套有趣的互动测试,就能检测你学到的新知识。 绘制真正的珊瑚礁地图:在移动设备上,你可以用新的NeMO-Net应用程序(http://nemonet.info/)帮助NASA对真实的珊瑚礁进行分类,还能绘制它们的3D图像。卫星在拍摄图像时,使用的是特殊的“流体镜头”相机,这种镜头拍出的图像非常清晰,不会出现流动水体的失真。用应用程序绘制珊瑚图的你们,将帮助NASA艾姆斯研究中心(Ames Research Center)的超级计算机“学习”如何自行对珊瑚进行分类。 拼乐高:在世界地球日,NASA向世界各地的乐高玩家发起了一个特殊的#一起拼乐高(#LetsBuildTogether)挑战。通过这项挑战,你将了解如何用乐高或其他积木建立一些重要的三维模型,例如全球降水观测计划(Global Precipitation Measurement,GPM)主卫星(Core Observatory)收集的飓风艾玛(Irma)引起的降水数据3D模型。在GPM教育页面(https://gpm.nasa.gov/education)上,你还能详细了解NASA测量雨、雪和其他形式降水的方式。 制作自己的全球景观动图:在NASA的在线数据档案中,你能找到我们蓝色星球20年来卫星拍摄的视图,利用NASA Worldview数据可视化应用程序(https://earthdata.nasa.gov/worldview/earth-day-satellite-views),就能创建自己的“世界地球日”快照,还能制作相应的动图。在这个特殊的地球日数据库里,储存了全球范围内席卷的飓风、蔓延的野火、漂浮的冰山,还有很多能为你带去灵感的素材,借助相应的教程,你也能创造出属于自己的地球景观图。 地球锦标赛:疫情当前,各种体育赛事都难以如期举行,但NASA的地球观测站(Earth Observatory)正在举办一场盛大的比赛:“地球锦标赛”(Tournament-Earth,https://earthobservatory.nasa.gov/tournament-earth)。你可以在网站上对自己喜欢的地球图像进行投票,最终胜出的图片将于4月29日公布,登上地球观测站20周年的最佳图片宝座。 共同庆祝:选择远距离社交 虽然我们每个人都有自己庆祝世界地球日的方式,但利用#EarthDayAtHome这个标签,我们可以在社交媒体上与全球的人一同交流,甚至是相互启发。 极地生活:在美国东部时间4月22日上午11点(北京时间4月22日晚上11点),NASA科学家会在NASA Earth的脸书(https://www.facebook.com/nasaearth/)上举行一场视频派对,谈论他们在地球最偏远的极地——南极的生活和工作。短片播放结束后,他们将在线回答观众的提问。 参考来源: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/earthdayathome-with-nasa/

第一幅火星风图:高层大气中的风向竟能反应火星地势?

第一幅火星风图:高层大气中的风向竟能反应火星地势?

在过去的2年中,美国航空航天局(NASA)火星大气与挥发物演化任务(Mars Atmosphere and Volatile Evolution,MAVEN)收集了大量的火星大气数据,利用这些数据,研究人员绘制出了第一幅地球以外的行星高层大气风循环图,这幅新的火星风场图能够帮助科学家更好地了解火星气候的运行机制,从而更好地探究这颗红色星球的古老历史,以及目前正在经历的演变。 通过测量火星高层大气中的风速和风向,MAVEN探测器已获得了重要的发现:高空处的风流正受到遥远下方地形特征的干扰。 视频来源:NASA /戈达德航天飞行中心/ MAVEN /科罗拉多大学波尔得分校/密歇根大学 背景音乐:詹姆斯•约书亚•奥托(James Joshua Otto)-《消融的冰川》(Glacial Shifts)/环球制作音乐(Universal Production Music) 在9月21日的时候,MAVEN探测器庆祝了它入轨火星五周年的纪念日。MAVEN的主要科学目标是研究火星大气中遗留下的物质,探索一个困扰科学家许久的谜团:在遥远的过去,这颗被海洋覆盖、气候环境可能适宜人类居住的星球,是如何变成了如今这般的的干旱荒凉。研究当前的火星大气,例如大气成分散入太空的流失速度以及流失的机制与原因,能为我们提供一些重要的线索,让我们可以拼凑出理解行星(其中也包括了我们的地球)大气的完整线索。 “(MAVEN)所观测到的全球性风场环流为构建火星全球大气模型作出了重要贡献,” 梅赫迪•贝纳(Mehdi Benna)说道,“这些模型同时也用于将火星的气候状况推算到遥远的过去。”贝纳来自NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德航天飞行中心(Goddard Space Flight Center),现在有两项能够创建革命性火星风循环图的研究,而他就是其中之一的领导研究者。贝纳作为主要作者的论文发表于12月12日的《科学》(Science)杂志上。 在绘制火星高层大气风场(蓝线)图的过程中,MAVEN探测器所运行的轨迹线(白点)。该图为计算机生成的可视化结果,白点上的红线代表局部风速和风向,由MAVEN的中性气体与离子质谱仪测量所得。 图片来源:NASA戈达德航天飞行中心/ MAVEN /科学可视化工作室/格雷格•西拉(Greg Shirah) “在火星高层大气中观察到的风,相比我们在全球模型中模拟得到的风,两者有时很相似,但有时也会大相径庭,” 密歇根州安阿伯市密歇根大学(University of Michigan)的卡利•罗滕(Kali Roeten)表示,“以小时为单位的时间尺度上,这些风也可能变化无常,但是在其他情况下,整个观测期内得到的结果是一致的。” 罗滕是这项研究第二篇论文的主要作者,他领导的论文发表于12月12日的《地球物理研究杂志-行星》(Journal of Geophysical Research-Planets)上。 对于地球高层大气中的风场,已经有了详细的图像绘制。在大气之中,风的存在推动着一系列过程,这些过程可能会影响无线电波的传播,而无线电的传播对地面上的无线电波通信至关重要,对卫星进入地球轨道的路径预测也极为重要。因此,绘制火星风图是迈向了解地球之外行星大气特征的关键一步,超出了我们对地球上大气过程的了解。 行星大气不是一成不变的,并且肯定不是四处均一的。为了划分特殊大气过程的发生位置,我们会根据温度对大气层进行区分。例如,人类所生活的区域为大气的最低层,也就是对流层(troposphere),对流层也是出现不同天气的地方,在对流层内海拔越高,温度就越低。 在地球和火星上,高层大气中的风都位于相应的热层(thermosphere,也称热成层、热气层或增温层)中,热层以内,温度会随着高度的增加而升高。最近被绘制成火星高层大气风图的风场数据,就是在火星表面上方大约140~240公里的高度范围内测得的。 MAVEN的火星之旅 此次风场的测量数据,由中性气体与离子质谱仪(Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer,NGIMS)收集。中性气体与离子质谱仪的最初目的,是通过测量火星大气中离子(带电粒子)和气体的量来确定它的结构和组成,然而,从2016年4月开始,MAVEN的研究团队就利用中性气体与离子质谱仪来观测水平方向上的风。尽管设计的初衷并非如此,但研究人员决定暂停掉对离子和气体的数据收集,并在地球上对仪器进行了编程,让它能来回“摇头”,以便检测MAVEN运行轨迹上的风向。 MAVEN沿着多种不同的轨道绕火星运行,结合运行过程中收集到的数据,科学家逐步构建了火星高层大气的风图。而这引发了一个惊人的发现:高层大气中的风场情况实际上与下方的火星地形相关。 上至高空,下至地表 就像地球一样,火星也有高大的山脉和陡峭的山谷,在起伏的山势之中,火星表面的风只能出现在山体上方和周围。在重力波(gravity wave)的作用下,火星表面风的扰动会在火星热层中产生相应风型的回波。 概念图:风(蓝色箭头)在火星延绵起伏的地形上流动并产生扰动,这些扰动会随着大气中的重力波(灰色波浪线)向上传播。通过感应这种重力波,即使MAVEN远在火星大气与太空的交界处,它也可以探查到火星表面上的山谷和山脉。 图片来源:NASA戈达德航天飞行中心/ MAVEN /概念图像实验室/乔纳森•诺斯(Jonathan North) 大气重力波(注意这里并不是银河系外的引力波gravitational wave哦)是由一小团空气从静止状态发生位移引起的,在移动过程中重力试图使空气团(流体)恢复平衡状态,从而让它以波动的形式在平衡态之间摆动。 当火星上的风被迫绕开表面的高地形,而向上涌流发生扰动时,高层大气中就会产生重力波,MAVEN也因此可以探查到火星表面上的山谷和山脉,即使它远在火星大气与太空的交界处。 在此之前,我们还从未在任何行星的热层中发现表面地形引发的重力波,哪怕是在我们赖以生存的地球上。MAVEN的研究团队计划在火星的不同季节和不同位置进一步研究这些重力波,以增进对热层中风流特征的了解,以及对物理学本身基本原理更深的理解。 这项研究由MAVEN任务资助,MAVEN的主要研究人员身处在科罗拉多大学波尔德分校(University of Colorado Boulder)的大气和空间物理实验室(Laboratory for Atmospheric and Space Physics),而NASA 的戈达德航天飞行中心负责对MAVEN项目进行管理。NASA正在探索我们的太阳系及更远的地方,通过我们强大的太空和地面任务团队,揭开近在眼前与远在天边的行星、恒星和宇宙之谜。 参考来源: [1]https://www.nasa.gov/press-release/goddard/2019/mars-wind-map [2]https://www.nasa.gov/mission_pages/maven/main/index.html [3]http://svs.gsfc.nasa.gov/13485 [4]https://science.sciencemag.org/content/366/6471/1363 [5]https://doi.org/10.1029/2019JE005957