人类首次能听到火星上的尘卷风呼啸

“毅力号”探测器使用了火星地表上第一个工作的麦克风,来捕捉这个地外旋风的声音。
A towering dust devil casts a serpentine shadow over the Martian surface in this image acquired by the High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) camera on NASA's Mars Reconnaissance Orbiter (April 2012).
2012年4月,NASA的火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter)搭载的高分辨率成像科学实验(HiRISE)相机拍摄的这张照片中,一个高耸的尘卷在火星地表投下了蜿蜒的阴影。 NASA/JPL-Caltech/亚利桑那大学

如果一团尘埃在火星上席卷而过,而没有宇航员(或火星人)在场听到,它真的会发出声音吗?

答案是肯定的,根据今天发表在《自然·通讯》杂志上的一项研究。一个国际科学家团队使用NASA“毅力号”探测器上的麦克风,首次录下了地外旋风的声音。

视频展示了探测器导航相机(Navcam)在直接遭遇尘卷时拍摄的原始图像。大气压力由火星环境动力学分析仪(Mars Environmental Dynamics Analyzer)仪器记录。声音由SuperCam麦克风记录。尘卷遭遇发生在2021年9月27日。 鸣谢:NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS/INTA-CSIC/太空科学研究所/ISAE-SUPAERO。声音由R. Lapeyre (CNES) 为公开发布而准备。

“与一些其他工具相比,我们可以通过声音学到更多东西,”普渡大学地球、大气和行星科学教授、该研究的合著者Roger Wiens在声明中说。“它们会定期进行读数。麦克风让我们能够近乎以声速进行采样,每秒近10万次。这有助于我们更深刻地理解火星是什么样的。”

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Weins是“毅力号”SuperCam的主要研究员。SuperCam是构成探测器“头部”的一套工具,包括先进的遥感仪器、光谱仪、相机和麦克风。在此项研究中,他与通讯作者、行星科学家Naomi Murdoch,以及来自法国国立航空航天学院(National Higher French Institute of Aeronautics and Space)和NASA的研究团队合作。

“毅力号”的麦克风并非持续运行,而是每隔几天记录大约三分钟。捕捉到尘卷的录音是幸运的,但根据团队的说法,也并非完全出乎意料。自2021年2月“毅力号”首次登陆Jezero Crater以来,他们已经观测到该区域大约有100个尘卷的迹象。

这些尘卷是微小的尘埃和沙砾的旋风,在火星上很常见。它们是大气的扰动迹象,也是火星尘埃循环的重要抬升机制。尘埃颗粒堆积的撞击与火星探测器硬件的退化有关,因此增进我们对火星地表尘埃抬升机制的理解,将有助于未来的太空探索。

A graphic of the Martian dust cycle.
火星尘埃循环。鸣谢:NASA

这次录音之所以能够实现,是因为这是麦克风第一次在尘卷经过“毅力号”时被开启。当这类录音与延时摄影和气压读数一同进行时,可以帮助科学家更好地了解火星的天气和大气。对“毅力号”多传感器数据和模型的分析表明,录音中的尘卷高度超过387英尺。

“我们可以看到气压下降,听到风声,然后是短暂的寂静,那是小风暴的眼,然后再次听到风声,并看到气压上升,”Wiens说。“风速很快——大约每小时25英里,与地球上的尘卷速度差不多。不同的是,火星的大气压力要低得多,所以风虽然速度相同,但其推力只有地球上同等速度风的1%左右。它不是强大的风,但足以将沙砾颗粒卷入空中形成尘卷。”

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未来探索火星的宇航员不必担心狂风会摧毁栖息地或通信天线,而火星的风甚至可能带来一些好处。研究团队推测,吹走探测器太阳能电池板上尘埃的微风可能会延长其使用寿命。“毅力号”探测器在火星上已经工作了一年多,而“洞察号”着陆器在探索了四年多后,正步入生命的最后阶段,因为它因尘埃堆积导致太阳能电池板供电不足。

“那些探测器团队会看到连续几天到几周的电力缓慢下降,然后出现一次跳升。那就是风清除了太阳能电池板上的灰尘的时候,”Wiens说。

此外,“洞察号”着陆的Elysium Planitia地区缺乏风和尘卷,这可能有助于解释该任务为何即将结束。

“就像地球一样,火星的不同区域也有不同的天气,”Wiens说。“利用我们所有的仪器和工具,特别是麦克风,能帮助我们具体地感受到在火星上是什么样子。”

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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