展望深空网络的未来

展望深空网络的未来

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70米（330英尺）的14号深空站（DSS-14）是加利福尼亚州巴斯托附近戈德斯通深空通信中心最大的深空网络天线。 影像来源：NASA/JPL-Caltech DSN（Deep Space Network, 深空网络）正在进行升级，以便与比以往更多的航天器进行通信，并适应不断变化的任务需求。 当火星2020毅力号火星车在红色星球上着陆时，NASA的深空网络（DSN）就在那里，使该任务能够发送和接收数据，帮助实现这一事件。去年，当OSIRIS-REx采集小行星贝努的样本时，DSN发挥了关键作用，不仅向探测器发送指令序列，而且还将其令人惊叹的照片传回地球。 自1963年以来，DSN一直是NASA深空通信的骨干，定期支持39项任务，其中30多项任务正在开发中。其背后的团队现在正努力提高容量，对网络进行一些改进，这将有助于推进未来的太空探索。 DSN由NASA喷气推进实验室管理，用于空间通信和导航计划，该实验室位于NASA总部，隶属于人类探索和操作任务理事会。DSN使任务能够跟踪、向遥远的航天器发送命令，并从遥远的航天器接收科学数据。 DSN由分布在世界各地的三个综合体的跟踪天线组成，分别位于加利福尼亚州巴斯托附近的戈德斯通综合体、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉。除了支持任务之外，这些天线还经常用于进行无线电科学研究——研究行星、黑洞和跟踪近地物体。 “容量是一个很大的压力，我们的天线增强计划将帮助解决这个问题。这包括建造两个新天线，将天线的数量从12个增加到14个，”JPL的DSN副主任迈克尔·莱维斯克（Michael Levesque）说。 在这个360度的视频中，我们将探索NASA位于加利福尼亚州巴斯托的戈德斯通深空通信综合体的70米（330英尺）巨型DSS-14天线。除了与整个太阳系的航天器进行通信外，DSS-14和其他DSN天线还可用于进行无线电科学。 视频来源：NASA/JPL-Caltech 网络升级 2021年1月，DSN迎来了它的第13个天线。命名为深空站56（DSS-56），这个位于马德里的新的34米宽（112英尺宽）天线是一个“多合一 ”的天线。以前建造的天线在它们可以接收和发射的频段上是有限的，往往限制了它们与特定的航天器进行通信。DSS-56一上线就成为第一个使用DSN全部通信频率的天线，可以与DSN支持的所有任务通信。 在使DSS-56上线后不久，DSN团队完成了位于堪培拉的70米（230英尺）巨型天线深空站43（DSS-43）为期11个月的关键升级。DSS-43是南半球唯一的天线，它的发射器功率足够大，它能以合适的频率向遥远的旅行者2号宇宙飞船发送指令，该飞船现在在星际空间。有了重建的发射器和升级的设施设备，DSS-43将在未来几十年内为DSN服务。 “DSS-43的更新是一个巨大的成就，我们正在着手处理戈德斯通和马德里接下来的两个 70 米天线。。我们还在继续提供新的天线，以满足不断增长的需求——这一切都发生在COVID-19期间，”喷气推进实验室的DSN经理布拉德·阿诺德（Brad Arnold）说。 这些改进是项目的一部分，不仅可以满足更高的需求，还可以满足不断变化的任务需求。 任务产生的数据比过去更多。自20世纪60年代的第一次月球任务以来，来自深空航天器的数据率已经增长了10倍以上。随着NASA着眼于将人类送上火星，这种对更高数据量的需求只会进一步增加。 通过DSN Now查看深空网络的天线目前正在与哪些航天器进行通信。点击天线以了解更多。 资料来源：NASA/JPL-Caltech 光通信是一种工具，可以通过使用激光实现更高的带宽通信来帮助满足这种对更高数据量的需求。在接下来的几年里，NASA有几个任务计划展示激光通信，这将提高NASA探索更远空间的能力。 新方法 该网络也在关注它如何开展工作的新方法。例如，在DSN的大部分历史中，每个综合体都是在本地运行的。现在，通过一个名为“跟随太阳”的协议，每个综合体在白天轮流运行整个网络，然后在该地区的一天结束时将控制权移交给下一个综合体——本质上，这是一场每24小时举行的全球接力赛。 三张引人注目的海报，展示了位于世界各地三个深空网络联合体的70米(230英尺)大天线。 图片来源：NASA/JPL-Caltech 下载海报 由此节省的成本已被用于天线增强，而且这种努力也加强了各综合体之间的国际合作。“每个站点都与其他站点合作，不仅仅是在切换期间，还包括维护和天线在任何一天的表现。我们已经真正变成了一个全球运营网络。”莱维斯克说。 该网络还实施了管理深空通信的新方法。例如，在过去，如果多个环绕火星的航天器同时需要服务，该网络将不得不把每个航天器的一个天线指向火星，可能会使用给定综合体的所有天线。通过一种新的协议，DSN可以从单个天线接收多个信号，并在数字接收器中分割它们。阿诺德说:“我们从商业电信实施中学到的经验对DSN进行了调整，以提高我们的网络效率。” 另外一个新协议允许操作员同时监督多个活动。传统上，每个航天器活动都有一个专门的操作员。现在，DSN采用了一种利用自动化的方法，允许每个操作员同时监督多个航天器链接。 DSN现在第一次可以完全自动化跟踪通道的排序和执行，而且随着时间的推移，这项工作将继续得到加强。 “DSN的未来将遵循正在飞出的科学任务的精神和动力。我们的责任是使它们成为可能。我们通过通信来做到这一点。”阿诺德说。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-deep-space-network-looks-to-the-future

太阳系的自由落球

太阳系的自由落球

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2021年8月25日 Solar System Ball Drop Video Credit & Copyright: James O’Donoghue (JAXA) & Rami Mandow (Space Australia); Text: James O’Donoghue Explanation: Does a ball drop faster on Earth, Jupiter, or Uranus? The featured animation shows a ball dropping from one kilometer high toward the surfaces of famous solar system bodies, assuming no air resistance. The force of gravity depends on the mass of the attracting object, with higher masses pulling down with greater forces. But gravitational force also depends on distance from the center of gravity, with shorter distances causing the ball to drop faster. Combining both mass and distance, it might be surprising to see that Uranus pulls the ball down slightly slower than Earth, despite containing over 14 times more mass. This happens…

DART展翅高飞：航天器集成了创新的太阳能电池阵列技术和相机

DART展翅高飞：航天器集成了创新的太阳能电池阵列技术和相机

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DART坐落在一个高高的无尘室中间的支架上，开始看起来像一个无畏的航天器，它将在明年秋天直接前往一颗小行星。随着其紧凑的推出式太阳能阵列（ROSA）盘绕在航天器两侧的两个金色圆柱体中，以及其不太显眼但仍然完整的成像器——用于光学导航的Didymos侦察和小行星相机（DRACO）安全地藏在其面板下，该航天器已接近完全组装完成。 这种现有技术和新技术的混合，其中一些技术将首次展示，将见证DART完成其10个月的小行星目标之旅。 最近安装的推出式太阳能阵列（ROSA）和用于光学导航的Didymos侦察和小行星相机（DRACO）是两项关键技术，它们将使DART航天器能够在太空中导航并有效到达Didymos小行星系统。 影像来源：NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman 美国宇航局的DART，即双小行星重定向测试，是一个精心策划的演示，将有助于确定动能撞击器技术（以每小时约15,000英里的速度将航天器直接飞向太阳系的一个小天体，并打算改变其路线）能否作为一种可靠的小行星偏移方法，以防此类危险降临地球。NASA一直在监测天空，并且已经确定了近40%的尺寸大于140米（459英尺）的潜在危险小行星，这些小行星都不会撞击我们的星球，包括为首次偏转测试选择的双星系统. 但为了证明我们的星球可以预料到意想不到的情况，DART 任务将着手推动小行星并安全地改变其在太空中的运动。在过去的两年里，用于这项任务的航天器已经在马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯应用物理实验室(APL)开发和建造。领导NASA这项任务的APL现在正在对航天器进行收尾工作。 最近安装的ROSA和DRACO是两项关键技术，将使航天器能够在太空中航行并到达Didymos小行星系统。灵活和可卷曲的模块化“翅膀”尽管体积巨大，但比传统的太阳能电池阵列更轻、更紧凑、更坚固；在太空中，每个阵列将慢慢展开，达到28英尺长——大约相当于一辆公共汽车的大小。该技术于2017年首次在国际空间站（ISS）上成功测试，并于今年 6 月安装了更新版本，供国际空间站全天候使用。DART将成为首个使用这种新型阵列的航天器，为它们在未来任务中的使用铺平道路。Redwire公司在其位于加州戈莱塔的工厂开发了这项技术，并于5月向APL交付了ROSA，并在随后的几周内与APL团队密切合作，将它们仔细安装到航天器上。 虽然DRACO并不是全新的（它的灵感来自于新视野号的LORRI相机），但这个升级的成像器将是航天器上的唯一仪器。与自主导航软件SMART Nav（小天体机动自主实时导航）相结合，它将在帮助DART在太空中导航和识别正确的小行星目标方面发挥关键作用。 灵活且可卷曲的“翅膀”比传统的太阳能电池阵列更轻、更紧凑，尽管它们的尺寸巨大；在太空中，每个阵列将慢慢展开，达到28英尺长，大约相当于一辆公共汽车的大小。 影像来源：NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman “传统的导航技术只能将DART送到目标小行星9英里以内的某个地方，” DRACO首席工程师、APL的Zach Fletcher（扎克·弗莱彻）说，“为了实现我们的任务目标，我们需要通过机载光学导航消除其余的误差。DRACO开始向DART的机载自主导航系统提供图像，距离目标5万多英里，即撞击前4小时，这是DART实现对Dimorphos的动力学影响的关键。” DRACO传回的目标小行星Dimorphos的图像，包括它在小行星上的撞击地点的最后一秒的一瞥，将对分析DART测试的结果和了解小行星是如何受到影响至关重要。 在过去几个月里，DART经历了一系列的环境测试和分析，最后的部件开始组装。同样地，SMART导航软件也经历了相当多的测试，因此该团队可以在DART与Dimorphos相撞前的最后几个小时放心地放弃对DART的控制。在DRACO和ROSA的参与下，DART航天器在7月下旬完成了振动测试，以确保所有硬件都是安全的，并为发射做好了准备。 由意大利航天局提供的用于小行星成像的轻型意大利立方体卫星，即（Light Italian cube satellite for Imaging of asteroid，简称LICIACube），将是在今年10月运送到发射地点之前搭载DART的最后组件之一。LICIACube将在DART撞击前大约五天部署，并捕捉航天器最后时刻的图像，以及由此产生的喷射羽流和DRACO永远不会看到的小行星的背面。 “DART是一支敬业的团队和合作伙伴多年工作的成果，他们克服了独特的挑战，在技术开发和行星防御方面都取得了第一，”在安装过程中领导该团队的DART机械工程师贝特西·康登（Betsy Congdon）说。“随着DRACO和ROSA这两项关键技术的成功安装和测试，我们非常有信心DART已准备好在运送到发射场之前完成其最终系统测试和审查。” 今年11月，该航天器将由SpaceX公司的猎鹰9号火箭从加利福尼亚州隆波克附近的范登堡太空部队基地发射。在2022年秋天，DART将把目光投向Dimorphos，这是一颗围绕较大的Didymos小行星运行的较小的卫星。它与Dimorphos的碰撞将使小卫星围绕主体的轨道速度改变几分钟。尽管撞击时小行星距离地球约680万英里，但地面望远镜仍能看到小行星系统，科学家将利用这些望远镜确定轨道周期的确切变化。 DART由NASA行星防御协调办公室指导，并得到NASA几个中心的支持：喷气推进实验室、戈达德太空飞行中心、约翰逊太空中心、格伦研究中心和兰利研究中心。 如欲了解有关DART任务的更多信息，请访问： https://www.nasa.gov/planetarydefense/dart 和 dart.jhuapl.edu 如欲了解更多关于NASA行星防御协调办公室的信息，请访问： https://www.nasa.gov/planetarydefense 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/dart-gets-its-wings-spacecraft-integrated-with-innovative-solar-array-technology-and-camera

朱诺号以木星卫星木卫三的全新视角来庆祝其发射10周年

朱诺号以木星卫星木卫三的全新视角来庆祝其发射10周年

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This infrared view of Jupiter’s icy moon Ganymede was obtained by the Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM) instrument aboard NASA’s Juno spacecraft during its July 20, 2021, flyby. JIRAM’s infrared instrument developed this image during recent flybys of Jupiter’s mammoth moon to create this latest map, which comes out a decade after Juno’s Aug. 5, 2011, launch. The Juno science team produced a new infrared map of Ganymede by combining data from three flybys, including its latest approach on July 20. These observations by JIRAM, which “sees” in infrared light not visible to the human eye, provide new information on Ganymede’s icy shell and the composition of the ocean of liquid water beneath. JIRAM was designed to capture the infrared light emerging from deep inside…

好奇号庆祝在火星上的又一年

好奇号庆祝在火星上的又一年

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On Aug. 5, 2012, NASA’s Curiosity Mars rover landed safely on the Red Planet. In this self-portrait from 2018, Curiosity sits atop Vera Rubin Ridge, which the rover had been investigating. Directly behind the rover is the start of a clay-rich slope scientists are eager to begin exploring. In the coming week, Curiosity will begin to climb this slope. North is on the left and west is on the right, with Gale Crater’s rim on the horizon of both edges. Poking up just behind Curiosity’s mast is Mount Sharp, photobombing the robot’s selfie. Curiosity landed on Mars five years ago with the intention of studying lower Mount Sharp, where it will remain for all of its time on Mars. The mountain’s base provides access to…

哈勃太空望远镜在木卫三中发现水蒸气的第一个证据

哈勃太空望远镜在木卫三中发现水蒸气的第一个证据

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天文学家首次在木星的卫星木卫三的大气中发现了水蒸气的证据。这种水蒸气是在木卫三表面的冰升华时形成的，也就是说，从固体变成气体。 科学家们利用NASA哈勃太空望远镜新的档案数据集，做出了这一发现，发表在《自然天文学》杂志上。 这张照片展示了1996年NASA哈勃太空望远镜观测到的木星卫星木卫三。木卫三位于5亿英里(超过6亿公里)之外，哈勃可以跟踪卫星上的变化，并在紫外和近红外波长揭示其他特征。天文学家现在利用哈勃望远镜提供的新的档案数据集，首次揭示了木星卫星木卫三大气中存在水蒸气的证据，这是由于水蒸气从卫星的冰面热逸出而来。 影像来源：NASA, ESA, John Spencer (SwRI Boulder) 此前的研究提供了间接证据，表明太阳系最大的卫星木卫三含有的水比地球上所有的海洋都要多。然而，那里的温度非常低，表面的水被冻结成固体。木卫三的海洋位于地壳以下约100英里处；因此，水汽并不代表这片海洋的蒸发。 天文学家重新审视了过去20年的哈勃观测数据，发现了这个水蒸气的证据。 1998年，哈勃太空望远镜成像光谱仪首次拍摄了木卫三的紫外线图像，显示了被称为极光带的带电气体的彩色条带，并提供了进一步的证据，证明木卫三具有弱磁场。 这些紫外观察的相似性可以用分子氧(O2)的存在来解释。但一些观测到的特征与纯氧大气的预期排放不符。与此同时，科学家得出结论，这种差异可能与氧原子(O)浓度较高有关。 作为支持NASA2018年朱诺任务的大型观测项目的一部分，瑞典斯德哥尔摩KTH皇家理工学院的洛伦兹·罗斯（Lorenz Roth）领导的团队开始用哈勃望远镜测量原子氧的含量。该团队的分析结合了两个仪器的数据：2018年哈勃的宇宙起源光谱仪和1998至2010年太空望远镜成像光谱仪（STIS）的存档图像。 令他们惊讶的是，与最初对1998年数据的解释相反，他们发现在木卫三的大气层中几乎没有任何原子氧。这意味着对于这些紫外极光图像中的明显差异，一定有另一种解释。 罗斯和他的团队随后进一步观察了紫外线图像中极光的相对分布。木卫三的表面温度在一天中变化强烈，在赤道附近的中午，它可能变得足够温暖，以至于冰面释放（或升华）一些少量水分子。事实上，紫外线图像中感知到的差异与木卫三大气中可能存在的水的位置直接相关。 1998年，哈勃太空望远镜成像光谱仪拍摄了木卫三的第一批紫外线图像，揭示了观测到的木卫三大气层排放物的一种特殊模式。卫星上的极光带与地球和其他有磁场的行星上观测到的极光椭圆形有点相似。这是木卫三有永久磁场的证据。紫外线观测中的相似之处被解释为分子氧的存在。这种差异当时被解释为原子氧的存在，它产生的信号对一种紫外线颜色的影响要大于另一种。 影像来源：NASA, ESA, Lorenz Roth (KTH) “到目前为止，只有分子氧被观察到，”罗斯解释说。“这是带电粒子侵蚀冰表面时产生的。我们现在测量的水蒸气来自于冰的升华，由水蒸气从温暖的冰区热逃逸引起。” 这一发现为欧空局（European Space Agency）即将开展的任务JUICE（JUpiter ICy moons Explorer的缩写）增添了期待。JUICE是欧空局2015-2025年宇宙愿景计划中的第一个大型任务。计划于2022年发射，2029年抵达木星，它将用至少三年的时间对木星及其最大的三颗卫星进行详细观测，特别是调查木卫三作为一个行星体是否是潜在的栖息地。 木卫三被确定为详细调查的对象，因为它为分析一般冰雪世界的性质、演变和潜在的可居住性提供了一个天然的实验室，它在伽利略卫星系统中发挥的作用，以及它与木星及其环境的独特磁和等离子体相互作用。 罗斯补充说:“我们的结果可以为JUICE仪器团队提供有价值的信息，这些信息可能被用来完善他们的观测计划，以优化航天器的使用。” 现在，NASA的朱诺号任务正在仔细观察木卫三，并于最近发布了这颗冰冷卫星的新图像。自2016年以来，朱诺号一直在研究木星及其环境，也被称为木星系。 天文学家利用美国宇航局哈勃太空望远镜的新数据和档案数据集，发现了木星的卫星木卫三大气层中的水蒸气证据。水蒸气的存在是由于来自卫星冰面的水分子的热激发。以前的研究已经提供了间接的证据，证明木卫三上的水比地球上所有的海洋都多。然而，那里的温度是如此之低，以至于表面的水会冻结，海洋大约位于地壳以下100英里。 视频来源：NASA’s Goddard Space Flight Center 了解木星系并阐明它的历史，从它的起源到可能出现的宜居环境，将使我们更好地了解气态巨行星及其卫星如何形成和演变。此外，还有望在类似木星的系外行星系统的可居住性方面有新的认识。 哈勃太空望远镜是NASA和ESA之间的一个国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃望远镜的科学操作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/hubble-finds-first-evidence-of-water-vapor-at-jupiter-s-moon-ganymede

人工智能帮助改善NASA的太阳之眼

人工智能帮助改善NASA的太阳之眼

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一组研究人员正在使用人工智能技术校准NASA的一些太阳图像，帮助改善科学家用于太阳研究的数据。这项新技术于2021年4月13日发表在《天文学与天体物理学》杂志上。 太阳望远镜的工作很辛苦。盯着太阳要付出惨痛的代价，不断受到无休止的太阳粒子和强烈阳光的轰击。随着时间的推移，太阳望远镜的敏感镜片和传感器开始退化。为了确保这些仪器发回的数据仍然准确，科学家们定期进行重新校准，，以确保他们了解仪器的变化情况。 NASA的太阳动力学天文台（SDO）于2010年发射，十多年来一直提供太阳的高清图像。它的图像让科学家们详细观察了各种太阳现象，这些现象可能引发空间天气，并影响我们的宇航员和地球及太空中的技术。大气层成像组件，简称AIA，是SDO上的两个成像仪器之一，它持续观察太阳，每 12 秒通过 10 个波长的紫外线拍摄图像。这创造了大量的太阳信息，这是其他仪器所无法比拟的，但就像所有凝视太阳的仪器一样，AIA会随着时间的推移而退化，数据需要经常校准。 这张图片显示了NASA太阳动力学天文台上的大气成像组件所观测到的七个紫外线波长的情况。上排是2010年5月的观测结果，下排是2019年的观测结果，没有进行任何修正，显示了仪器如何随时间退化。 影像来源：Luiz Dos Santos/NASA GSFC 自从SDO发射以来，科学家们已经使用探空火箭来校准AIA。探空火箭是一种小型火箭，通常只携带少量仪器，并进行短暂的太空飞行——通常只有15分钟。至关重要的是，探空火箭在地球的大部分大气层之上飞行，使火箭上的仪器能够看到AIA测量到的紫外线波长。这些波长的光被地球大气层吸收，无法从地面测量。为了校准AIA，他们将在探空火箭上安装一个紫外线望远镜，并将这些数据与AIA的测量数据进行比较。然后，科学家可以对AIA数据的任何变化进行调整。 图片显示了2021年AIA在退化校正前（上）和经探空火箭校正后（下）在304埃光下看到的太阳。 影像来源：NASA GSFC 探空火箭的校准方法有一些缺点。探空火箭只能经常发射，但AIA一直在观察太阳。这意味着在每次探空火箭校准之间会有停机时间，校准会有轻微偏差。 “这对深空任务也很重要，因为深空任务没有探测火箭校准的选项，”路易斯·多斯桑托斯博士（Dr. Luiz Dos Santos）说，他是位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的太阳物理学家，也是这篇论文的主要作者。“我们正在同时解决两个问题。” 虚拟校准 考虑到这些挑战，科学家们决定研究其他校准仪器的方案，并着眼于持续校准。机器学习，一种用于人工智能的技术，似乎是一个完美的选择。 顾名思义，机器学习需要一个计算机程序或算法来学习如何执行其任务。 首先，研究人员需要训练一种机器学习算法来识别太阳结构，以及如何使用AIA数据进行比较。为了做到这一点，他们向算法提供来自探测火箭校准飞行的图像，并告诉它他们需要的正确校准量。在这些例子足够多之后，他们给算法类似的图像，看看它是否能识别出所需正确的校准量。有了足够的数据，算法就能识别出每幅图像需要多少校准量。 因为AIA以多种波长的光线观察太阳，研究人员还可以使用该算法来比较不同波长的特定结构，并加强其评估。 首先，他们会教算法太阳耀斑是什么样子，通过显示AIA所有波长的太阳耀斑，直到它识别出所有不同类型的光中的太阳耀斑。一旦程序能够在没有任何退化的情况下识别太阳耀斑，然后该算法可以确定退化对AIA当前图像的影响有多大，以及每种图像需要校准多少。 “这是件大事，”多斯桑托斯说。“我们不是仅仅在同一波长上识别，而是在不同波长上识别结构。” 这意味着研究人员可以对算法识别的校准更加肯定。事实上，当把他们的虚拟校准数据与探空火箭的校准数据进行比较时，机器学习程序是准确的。 顶部的一排图像显示了自SDO发射以来，AIA的304埃波长波长通道多年来的退化情况。底排图像使用机器学习算法对这种退化进行了校正。 影像来源：Luiz Dos Santos/NASA GSFC 有了这个新程序，研究人员准备在校准火箭飞行之间不断校准AIA的图像，为研究人员提高SDO数据的准确性。 太阳之外的机器学习 研究人员也一直在使用机器学习来更好地了解离地球更近的情况。 由ASTRA LLC和NASA戈达德太空飞行中心首席数据科学家和航空航天工程师瑞安·麦克格纳汉（Ryan McGranaghan）博士领导的一组研究人员使用机器学习来更好地理解地球磁场和电离层之间的联系，电离层是地球上层大气的带电部分。通过对大量数据使用数据科学技术，他们可以应用机器学习技术来开发一个更新的模型，帮助他们更好地理解从太空降雨到地球大气层的带电粒子是如何驱动太空天气。 随着机器学习的进步，它的科学应用将扩展到越来越多的任务。在未来，这可能意味着深空任务——前往那些无法进行校准火箭飞行的地方——仍然可以进行校准，并继续提供准确的数据，即使在离地球或任何恒星越来越远的距离时也是如此。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/artificial-intelligence-helps-improve-nasa-s-eyes-on-the-sun

洞察号揭示了火星的内部深处

洞察号揭示了火星的内部深处

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云层漂浮在火星上属于NASA洞察号的圆顶地震仪上，被称为SEIS，。 图片来源：NASA/JPL-Caltech 今天发表的三篇论文分享了关于这颗红色星球的地壳、地幔和熔核的新细节。 在NASA洞察号火星无人着陆探测器于2018年在火星上着陆之前，研究这颗红色星球的火星车和轨道器集中在其表面。固定于探测器的地震仪改变了这一点，首次揭示了该星球内部深处的细节。 基于火震仪数据的三篇论文今天发表在《科学》杂志上，提供了火星地壳、地幔和地核的深度和组成的细节，包括确认火星的中心是熔融状态。地球的外核是熔融状态，而它的内核是固体；科学家们将继续使用洞察号的数据来确定火星是否也存在同样的情况。 “当我们十多年前第一次开始整理任务的概念时，这些论文中的信息正是我们希望最终得到的信息，”领导着这项任务的洞察号首席研究员、位于南加州的 NASA 喷气推进实验室的布鲁斯·班纳特 (Bruce Banerdt) 说。“这代表了过去十年来所有工作和担忧的顶峰。” 洞察号的火震仪，称为内部结构地震实验（SEIS），已经记录了733次不同的火震。其中大约35个——都在3.0级和4.0级之间——为这三篇论文提供了数据。这种超灵敏的地震仪使科学家能够“听到”数百到数千英里外的火震事件。 NASA的洞察号探测器在2019年7月25日，即其任务的第235个火星日，探测到了火震，这里以火震图表示。地震学家研究火震图中的摆动，以确定他们是否真的看到了火震或由风引起的噪音。 图片来源：NASA/JPL-Caltech 窥视火星 当火震波在一个星球内部的不同材料中传播时，其速度和形状都有所不同。火星上的这些变化为地震学家提供了一种研究该星球内部结构的方法。反过来，科学家对火星的了解可以帮助人们更好地理解包括地球在内的所有岩石行星是如何形成的。 和地球一样，火星是由围绕太阳运行的尘埃和更大的陨石团形成的，这些陨石团帮助形成了我们早期的太阳系。在最初的数千万年里，地球分成了三个不同的层——地壳、地幔和地核——这一过程被称为分化。洞察号的部分任务是测量这三层的深度、大小和结构。 《科学》杂志上的每一篇论文都侧重于不同的层面。科学家们发现火星的地壳比预期的要薄，可能有两个甚至三个亚层。如果有两个亚层，它可深达12英里(20公里)，如果有三个亚层，它可深达23英里(37公里)。 在这之下是地幔，它延伸到地表以下969英里（1,560公里）。 火星的中心是核心，它的半径为1137英里（1830公里）。确认熔融核心的大小对研究小组来说特别令人兴奋。“这项研究是一生难得的机会，”核心论文的主要作者、瑞士苏黎世联邦理工学院的西蒙·斯塔勒 （Simon Stähler）说。“科学家们花了数百年的时间来测量地核；在阿波罗任务之后，他们花了40年时间来测量月球的核心。洞察号只用了两年时间就测量了火星的核心。” 寻找火震的踪迹 大多数人感觉到的火震来自构造板块移动引起的断层。与地球不同，火星没有构造板块。它的地壳反而像一个巨大的板块。但是，由于火星继续冷却时轻微收缩引起的应力，断层或岩石断裂仍会在火星地壳中形成。 洞察号的科学家花了大量时间在火震图中寻找振动的爆发，火震图上最细微的摆动可能代表火震，也可以代表风产生的噪音。如果火震记录的摆动遵循某些已知的模式（并且如果风没有同时刮起），就有可能是一场火震。 最初的火震是主波，或P波，随后是次波，或S波。这些波在火星内部的岩层反射后，也会在稍后的火震记录中再次出现。 “我们正在寻找的是一种回声，”苏黎世联邦理工学院的阿米尔·汗(Amir Khan)说，他是这篇关于地幔的论文的第一作者。“我们正在探测直接的声音——火震——然后通过地下深处的反射器监听回声。 这些回声甚至可以帮助科学家找到单一层内的变化，如地壳内的亚层。 “地壳内部的亚层是我们在地球上一直能看到的东西，”科隆大学的布里吉特·纳普迈耶-恩德伦(Brigitte Knapmeyer-Endrun)说，她是这篇关于地壳的论文的主要作者。“火震图的摆动可以揭示孔隙度的变化或或断裂层更多的特性。” 令人惊讶的是，洞察号所有最重要的火震似乎都来自一个地区，即Cerberus Fossae，这个地区的火山活动非常活跃，以至于在过去的几百万年里，岩浆可能曾在那里流动过。轨道飞行器发现了岩石的轨迹，这些岩石可能是被火震震松后从陡峭的斜坡上滚下来的。 奇怪的是，在更著名的火山地区，比如塔尔西斯，火星上最大的三座火山的所在地，还没有探测到火震。但有可能很多火震——包括更大的火震——正在发生，而洞察号无法探测到。这是因为火星核心产生的阴影区将火震波折射出某些区域，阻止了火震的回声到达洞察号。 等待大事件的发生 这些结果仅仅是个开始。科学家们现在有了硬数据来完善他们的火星及其形成模型，SEIS每天都探测到新的火震。尽管洞察号的能量水平正在被管理，但它的地震仪仍在监听，科学家们希望他们能探测到4.0以上的火震。 “我们仍然希望看到大火震，”JPL的马克·潘宁（Mark Panning）说，他是关于地壳的论文的共同主要作者。“我们必须进行大量仔细的处理，从这些数据中提取我们想要的东西。有一个更大的事件将使这一切变得更容易。” 潘宁和其他洞察号科学家将于太平洋时间7月23日上午9点（美国东部时间下午12点）在NASA电视台、NASA应用程序、NASA网站和多个机构的社交媒体平台（包括JPL的YouTube和Facebook频道）上进行现场直播讨论，分享他们的发现。 关于该任务的更多信息 喷气推进实验室为NASA科学任务局管理洞察号。洞察号是NASA发现计划的一部分，由NASA位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心管理。丹佛的洛克希德·马丁航天公司建造了洞察号火星无人着陆探测器，包括它的巡航级和着陆器，并支持航天器的任务操作。 一些欧洲合作伙伴，包括法国国家空间研究中心（CNES）和德国航空航天中心（DLR），正在支持洞察号任务。法国国家空间研究中心向NASA提供了内部结构地震实验（SEIS）仪器，主要研究人员在IPGP（巴黎地球物理研究所）。SEIS的重要贡献来自IPGP、德国的马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）、瑞士的瑞士联邦理工学院（ETH Zurich）、英国的伦敦帝国学院和牛津大学以及JPL。德国航天中心提供了热流和物理特性包（HP3）仪器，波兰科学院空间研究中心（CBK）和波兰的Astronika也做出了重要贡献。西班牙的Centro de Astrobiología（CAB）提供了温度和风力传感器。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-insight-reveals-the-deep-interior-of-mars

一开始你看到了，然后你就看不见了：科学家更接近解释火星甲烷之谜

一开始你看到了，然后你就看不见了：科学家更接近解释火星甲烷之谜

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在火星探测到甲烷的报告吸引了科学家和非科学家的目光。在地球上，微生物产生大量甲烷，帮助大多数牲畜消化植物。这个消化过程以牲畜呼气或向空气中打嗝结束。 虽然火星上没有牛、绵羊或山羊，但在那里发现甲烷令人兴奋，因为它可能意味着微生物曾经或正在红色星球上生活。然而，甲烷可能与微生物或任何其他生物无关；涉及岩石、水和热相互作用的地质过程也可以产生甲烷。 在确定火星上甲烷的来源之前，科学家必须解决一个一直困扰着他们的问题：为什么有些仪器能探测到甲烷，而有些却不能？例如，NASA的好奇号火星车多次在盖尔火山口的正上方探测到甲烷。但是ESA（欧洲航天局）的ExoMars微量气体轨道飞行器没有在火星大气中检测到任何甲烷。 “当微量气体轨道飞行器于 2016 年加入时，我完全期待轨道飞行器团队报告火星上到处都有少量甲烷，”样品中可调谐激光光谱仪 (TLS) 仪器的负责人克里斯韦伯斯特说好奇号火星车上火星 (SAM) 化学实验室的分析。 “微量气体轨道飞行器在2016年上岗时，我预计轨道器团队报告说火星上到处都有少量的甲烷，”好奇号探测器上的火星样品分析（SAM）化学实验室的可调谐激光光谱仪（TLS）负责人克里斯·韦伯斯特（Chris Webster）说。 TLS在盖尔陨石坑测量到的甲烷平均体积小于十亿分之一。这相当于在一个奥运会大小的游泳池里稀释一小撮盐。这些测量中不时出现体积高达十亿分之二十的令人困惑的峰值。 “但是当欧洲团队宣布没有发现甲烷时，我绝对感到震惊，”在位于南加州的NASA喷气推进实验室工作的韦伯斯特说。 欧洲轨道飞行器被设计为测量整个行星上甲烷和其他气体的黄金标准。与此同时，好奇号的TLS非常精确，它将被用于国际空间站的火灾预警探测，并用于跟踪太空服中的氧气水平。它还被授权用于发电厂、石油管道和战斗机，飞行员可以监测他们面罩中的氧气和二氧化碳水平。 尽管如此，韦伯斯特和SAM团队还是被欧洲轨道飞行器的发现震惊了，并立即着手仔细检查火星上的TLS测量。 NASA好奇号火星车于2018年6月15日拍下了这张自拍照，这是好奇号火星车执行任务的第 2082 个火星日。沙尘暴降低了火星车所在位置的阳光和能见度，火星车位于维拉鲁宾山脊以北的德卢斯钻探点。在火星车左侧的大巨石上可以看到一个小钻孔。自拍照是使用好奇号火星手透镜成像仪拍摄的图像创建。 图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS 一些专家认为是探测器本身释放了气体。“所以我们观察了与探测器指向、地面、岩石破碎、车轮退化等因素的相关性。”韦伯斯特说。“为了确保这些测量结果是正确的，团队在研究每一个小细节方面所付出的努力是不言而喻的，而他们确实如此。” 韦伯斯特和他的团队于6月29日在《天文学与天体物理学》杂志上报告了他们的结果。 NASA好奇号火星车在2019年5月7日，即任务的第2400个火星日捕捉到了这些漂浮的云层。好奇号使用其黑白导航相机拍摄照片。图中可能是距离火星表面约 19 英里（31 公里）的水冰云。 图片来源：NASA/JPL-Caltech 另一方面，微量气体轨道飞行器需要阳光来精确测量地表以上3英里(5公里)处的甲烷。“任何行星表面附近的大气层在白天都会经历一个周期，”摩尔斯（Moores）说。来自太阳的热量搅动着大气，暖空气上升，冷空气下降。因此，夜间被限制在地表附近的甲烷在白天混入更广泛的大气中，将其稀释到无法检测的水平。“所以我意识到没有任何仪器，尤其是在轨道上运行的，能看到任何东西，”摩尔斯说。 好奇号团队立即决定通过收集第一次高精度的日间测量数据来测试摩尔斯的预测。TLS在火星的一个白天连续测量甲烷，包括一个夜间测量和两个日间测量。在每次实验中，SAM吸入火星空气两个小时，不断地去除占火星大气95%的二氧化碳。这就留下了一份浓缩的甲烷样本，TLS可以通过多次使用红外激光束来轻松测量，这种激光束被调谐到可以使用被甲烷吸收的精确波长。 “约翰预测，甲烷在白天应该有效地下降到零，而我们的两次白天测量证实了这一点，”SAM的首席研究员保罗·马哈菲（Paul Mahaffy）说，他在马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心工作。TLS的夜间测量结果与团队已经确定的平均值非常吻合。马哈菲说：“所以这是解决这个巨大差异的一种方式。” 虽然这项研究表明，盖尔陨石坑表面的甲烷浓度一整天都在上升和下降，但科学家还没有解决火星上的全球甲烷谜题。甲烷是一种稳定的分子，预计在被太阳辐射分解之前会在火星上持续大约 300 年。如果甲烷不断地从所有类似的陨石坑中渗出，科学家们认为这可能是由于盖尔号似乎在地质上不是独一无二的，那么大气中应该积累了足够的甲烷，以便微量气体轨道器探测到。科学家们怀疑在不到300年的时间里有什么东西在破坏甲烷。 目前正在进行实验，以测试火星大气中的尘埃引起的极低水平放电是否会破坏甲烷，或者火星表面丰富的氧气是否会在甲烷到达上层大气之前迅速破坏甲烷。 韦伯斯特说:“我们需要确定是否存在一种比正常情况更快的破坏机制，以完全协调来自火星车和轨道飞行器的数据集。” 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/first-you-see-it-then-you-don-t-scientists-closer-to-explaining-mars-methane-mystery

公民科学家在一颗类似太阳的恒星周围发现两颗气态行星

公民科学家在一颗类似太阳的恒星周围发现两颗气态行星

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晚上，七岁的米格尔喜欢和他的父亲塞萨尔·卢比奥(Cesar Rubio)谈论行星和恒星。“我试图培养这种能力，”卢比奥说，他是加州波莫纳的一名机械师，为采矿和发电设备制造零部件。 在这张艺术家的渲染图中，两颗气态行星围绕着明亮的恒星HD 152843运行。这些行星是通过公民科学项目行星猎人TESS与专业科学家合作发现的。 图片来源：NASA/Scott Wiessinger 现在，这个男孩可以声称他的父亲也帮助发现了行星。塞萨尔·卢比奥是行星猎人TESS的数千名志愿者之一。行星猎人TESS是一个由NASA资助的公民科学项目，旨在寻找太阳系以外的行星或系外行星的证据。公民科学是公众与科学家合作的一种方式。全球已有超过2.9万人加入了行星猎人TESS项目，以帮助科学家寻找系外行星。 塞萨尔·卢比奥和儿子米格尔(Miguel)喜欢一起谈论太空。 图片来源：塞萨尔·卢比 行星猎手TESS现在宣布发现了两颗系外行星，并在《皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上在线发表了一项研究，并将卢比奥和其他十多位公民科学家列为共同作者。 这些奇异的世界围绕着一颗名为HD 152843的恒星运行，距离地球约352光年。这颗恒星的质量与太阳差不多，但几乎是太阳的1.5倍大，亮度稍高。 行星b与海王星大小相仿，是地球的3.4倍，在大约12天的时间内绕其恒星公转一周。外行星c大约是地球的5.8倍，是“亚土星”，其轨道周期在19到35天之间。在我们的太阳系中，这两颗行星都会在水星的轨道之内，水星的轨道大约是88天。 英国牛津大学天体物理学博士生、该研究的主要作者诺拉·艾斯纳(Nora Eisner)说：“同时研究它们，这对于限制行星如何随着时间的形成和演化的理论非常有趣。” TESS是凌日系外行星勘测卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite)的缩写，这是NASA于2018年4月发射的航天器。TESS团队使用来自天文台的数据确定了100多颗系外行星和2,600多颗等待确认的候选行星。 行星猎人TESS项目通过Zooniverse网站运营，于2018年12月启动，当时TESS的首批数据刚刚对外公开。志愿者们看的是显示不同恒星随时间变化的亮度的图。他们注意到哪张图显示了恒星亮度的短暂下降，然后上升到原来的水平。这可能发生在一颗行星穿过其恒星的表面，阻挡了一小部分光线的时候–这一事件被称为凌日。 行星猎人TESS项目与15名志愿者共享每个亮度图，称为光曲线。在该网站的后台，一个算法收集了所有志愿者提交的信息，并挑选出多个志愿者标记的光曲线。艾斯纳和他的同事们随后观察排名最高的光曲线，并确定哪些光曲线有利于后续的科学研究。 即使在像机器学习这样复杂的计算技术时代，拥有一大群志愿者通过望远镜查看数据对研究人员来说也是一个很大的帮助。由于研究人员不能完美地训练计算机识别潜在行星的特征，人眼仍然是有价值的。伊斯纳说:“这就是为什么很多系外行星候选行星被遗漏了，也是为什么公民科学如此伟大的原因。” 在HD 152843的案例中，公民科学家查看了显示其在TESS观测的一个月内的亮度的图表。光曲线显示出三个明显的下降，这意味着至少有一颗行星可能在围绕这颗恒星运行。所有看了这个光曲线的15位公民科学家都标出了至少两颗行星，有些人还在行星猎人TESS在线讨论论坛上标出了这个光曲线。 然后，科学家们进行了更仔细的观察。通过将数据与他们的模型进行比较，他们估计两次凌日来自内行星，另一次来自另一颗外行星。 为了确定凌日信号来自行星，而不是其他来源，比如互相遮挡的恒星、经过的小行星，或者TESS本身的运动，科学家们需要用不同的方法来观察这颗恒星。他们在西班牙拉帕尔马的伽利略国家望远镜上使用了一种叫做HARPS-N(北半球高精度径向速度行星搜索器)的仪器，以及在亚利桑那州弗拉格斯塔夫的洛厄尔天文台使用的EXPRES(极精密光谱仪)仪器。HARPS和EXPRES都是通过检查星光是否因行星围绕其恒星运行而“摆动”来寻找行星的存在。这种被称为径向速度法的技术也能让科学家们估计遥远行星的质量。 虽然科学家们无法得到足够清晰的信号来确定这些行星的质量，但他们得到了足够的径向速度数据来进行质量估算——行星b的质量约为地球的12倍，行星c的质量约为地球的28倍。他们的测量验证信号表明行星的存在;需要更多的数据来确认它们的数量。科学家们继续用HARPS-N观测这个行星系统，并希望很快能得到更多关于这些行星的信息。 研究人员可能很快就会有高科技工具来研究这些行星是否有大气层以及其中存在什么气体。NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜，将于今年晚些时候发射，将能够观察在这一系统中类似的行星的大气的分子类型，特别是更大的外行星。HD 152843行星温度太高，而且是气态的，无法支持我们所知的生命，但它们对于科学家了解银河系中可能存在的行星范围很有价值。 伊斯纳说:“我我们正在朝着寻找类地行星和研究其大气的方向迈出一小步，并继续突破我们所能看到的界限。” 将HD 152843光曲线归类为可能的行星的来源的公民科学家，以及三位行星猎人论坛的版主，被邀请将他们的名字列为宣布发现这些行星的研究报告的共同作者。 其中一位公民科学家是亚历山大·休伯特(Alexander Hubert)，他是德国维尔茨堡一名专注于数学和拉丁语的大学生，并计划成为一名中学教师。到目前为止，他已经通过行星猎人TESS分类了一万多条光曲线。 亚历山大·休伯特正在学习成为一名数学和拉丁语教师，但他喜欢天文学公民科学项目。 图片来源：亚历山大·休伯特 “我有时感到遗憾，在我们这个时代，我们不得不把自己限制在一两门课上，比如我，我主修拉丁语和数学。”休伯特说。“我真的很感激能有机会在Zooniverse参与到一些不同的事情中来。” 来自比利时鲁汶的伊丽莎白·巴滕(Elisabeth Baeten)是另一位共同作者，她在再保险管理部门工作，她说对行星猎人TESS上的光曲线进行分类是“令人放松的”。她从小就对天文学感兴趣，是2007年开始的天文学公民科学项目Zooniverse的最初志愿者之一。Zooniverse邀请参与者对遥远星系的形状进行分类。 伊丽莎白·巴滕通过Zooniverse项目参与了十多项已发表的科学研究。 图片来源：伊丽莎白·巴滕 虽然巴滕已经参与了通过Zooniverse项目发表的十几项研究，但这项新研究是卢比奥的第一份科学出版物。天文学一直是他毕生的兴趣，现在他可以和儿子分享。两人有时会一起浏览行星猎人TESS的网站。 “我觉得自己在做出贡献，即使只是很小的一部分。”卢比奥说。“尤其是科学研究，我很满意。” NASA有各种各样的公民科学合作，涉及的主题从地球科学到太阳再到更广阔的宇宙。世界上任何人都可以参与。在science.nasa.gov/citizenscience上查看最新的机会。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/citizen-scientists-discover-two-gaseous-planets-around-a-bright-sun-like-star