祝融號(hào)“冬眠”竟與沙塵暴有關(guān)

7月23日是我國成功發(fā)射首個(gè)火星探測器天問一號(hào)3周年的日子。在工作358個(gè)火星日累計(jì)行駛近1921米后，祝融號(hào)自主進(jìn)入休眠狀態(tài)，至今還未蘇醒。

這是祝融號(hào)火星車后避障相機(jī)拍攝的圖片。我國首次火星探測任務(wù)于2021年5月15日成功實(shí)現(xiàn)火星著陸。所有科學(xué)載荷開機(jī)探測，圓滿完成既定巡視探測任務(wù)。新華社發(fā) （國家航天局供圖）

火星是一顆以硅酸鹽石為主要成分、與地球一樣自轉(zhuǎn)和有四季更迭的行星。作為太陽系中與地球最相似的星球，火星一直以來就是人類尋找地外生命、建立第二家園的目標(biāo)。研究表明，火星很久之前就存在較厚的大氣層、液態(tài)水，氣候溫暖濕潤，也曾經(jīng)是一顆宜居星球。1964年，美國的水手4號(hào)從距離火星一萬公里的高空掠過，傳回火星照片，首次掀開了火星神秘面紗。

(資料圖)

2020年7月23日，我國天問一號(hào)火星探測器升空，此后經(jīng)過202天的飛行，于2021年2月10日成功進(jìn)入火星軌道。2021年5月15日，其上的著陸巡視器成功在火星表面著陸；5月22日，祝融號(hào)火星車安全駛離著陸平臺(tái)，到達(dá)火星表面，開始巡視探測；6月11日，祝融號(hào)拍攝的首批科學(xué)影像圖公布。2022年5月18日，祝融號(hào)火星車轉(zhuǎn)入休眠模式。

祝融號(hào)需要“冬眠”是一種保護(hù)機(jī)制，這跟它的工作能量來源有關(guān)。祝融號(hào)是一輛純太陽能發(fā)電的電動(dòng)車，當(dāng)火星北半球進(jìn)入冬季后可接收的太陽光強(qiáng)度將大大減弱。由于火星的公轉(zhuǎn)周期接近地球的兩倍，冬季的長度也比地球長一倍。火星寒冬夜晚的溫度可達(dá)-140℃，低溫一方面會(huì)影響儀器的工作性能，另一方面還可能損壞元器件，因而現(xiàn)階段火星探測器不得不“冬眠”。

此外，沙塵暴頻繁發(fā)生也是火星探測器“冬眠”需要考慮的主要因素。火星上的沙塵暴一年會(huì)爆發(fā)數(shù)百次，大規(guī)模的沙塵暴可籠罩整個(gè)星球，并且持續(xù)幾個(gè)月。漫天的黃沙可能會(huì)遮蓋太陽能電池板，阻擋其接收太陽能。美國機(jī)遇號(hào)火星車便是在一次沙塵暴中遭遇供電系統(tǒng)失靈，自此便“退休”。火星的沙塵粒子非常細(xì)小且?guī)в徐o電，它們可以鉆進(jìn)機(jī)器設(shè)備的內(nèi)部，讓探測器發(fā)生故障，因此停止一切活動(dòng)可以防止沙塵進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部，避免更大的損害。

如此看來，沙塵暴是火星探測器的頭號(hào)天氣殺手，給火星探測器著陸、地面探測等帶來巨大威脅。那么火星上威力巨大的沙塵暴是如何形成的？

與地球上的沙塵暴一樣，火星沙塵暴也需要大風(fēng)、沙塵源和干燥氣候來助力。由于火星大氣層非常稀薄，其密度只有地球大氣層的百分之一。這樣稀薄的大氣幾乎沒有保溫功能，使得火星上的溫差很大，產(chǎn)生極大的氣壓差，沒有雨水強(qiáng)力阻止，形成強(qiáng)風(fēng)卷起沙塵，進(jìn)入大氣層，一直彌漫在空中。

火星沙塵的含量隨季節(jié)而變化，大多數(shù)大型沙塵暴都發(fā)生在春夏季的南半球，由于更靠近近日點(diǎn)，日照量顯著增加，沙塵暴和火星大氣運(yùn)動(dòng)之間產(chǎn)生正反饋效應(yīng)，從而使更多的沙塵飄浮在空中。

火星的沙塵季節(jié)可持續(xù)半個(gè)火星年，這在一定程度上限制了從地球發(fā)射火星探測器的時(shí)間。如果探測器不得已要在沙塵季節(jié)著陸火星，如何將損失減小還是亟待解決的重要課題。科研人員在天問一號(hào)太陽能玻璃蓋片表面做了特殊涂層，使之不易粘上沙塵，同時(shí)還運(yùn)用最大功率跟蹤技術(shù)，提高了對(duì)太陽能的利用效率，減輕了供電部件的重量。

祝融號(hào)原定在2022年底蘇醒。我國行星探測工程總設(shè)計(jì)師張榮橋認(rèn)為，沒有自主喚醒的最大可能是不可預(yù)知的火星沙塵累積，導(dǎo)致了火星車發(fā)電能力降低，從而不足以使它蘇醒。

其實(shí)，祝融號(hào)是否蘇醒已經(jīng)不重要了，因?yàn)樗呀?jīng)完成了預(yù)定任務(wù)。到2023年4月24日，天問一號(hào)攜帶的13臺(tái)有效載荷累計(jì)獲取原始科學(xué)數(shù)據(jù)1800GB，形成了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)一手科學(xué)數(shù)據(jù)研究，已取得了一批原創(chuàng)性科學(xué)成果。

中國科學(xué)院國家天文臺(tái)近日發(fā)布消息稱，我國科研人員領(lǐng)導(dǎo)的國際合作研究團(tuán)隊(duì)在祝融號(hào)著陸區(qū)發(fā)現(xiàn)火星古風(fēng)場改變沉積層序的證據(jù)，證實(shí)了風(fēng)沙塑造出火星表面廣泛分布的風(fēng)沙地貌。

為服務(wù)我國未來火星探測任務(wù)，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所魏勇研究團(tuán)隊(duì)，近日提出火星全球天氣監(jiān)測組網(wǎng)計(jì)劃，通過發(fā)射四顆衛(wèi)星、三顆同步軌道衛(wèi)星和一顆極軌衛(wèi)星，搭建“四點(diǎn)一體”的觀測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)火星天氣的不間斷持續(xù)監(jiān)測，建立一個(gè)火星沙塵暴與天氣監(jiān)測預(yù)警體系。

（第一作者系南京信息工程大學(xué)科技史與氣象文明研究院研究生，第二作者系南京信息工程大學(xué)科技史與氣象文明研究院副教授）

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