火星的天气怎么样？除了显而易见——大部分都很冷——这个问题已经很难回答了。要详细了解火星大气动力学，就需要有关驱动该行星天气的湍流的数据，而多年来访问火星地表的各种着陆器因缺乏仪器而未能提供这些数据。然而，一篇新论文 发表 在 8 月 13 日的《美国声学学会杂志》(Journal of the Acoustical Society of America) 上，描述了一种可能改变这一状况的设备设计：一种坚固到足以在火星上运行的复杂风速传感器。
1976 年，NASA 的“维京”号着陆器首次测量了火星的风。这些着陆器经历的风速大多在 0 米/秒 (m/s) 到 7 米/秒之间，最高达到 9.5 米/秒。最近“洞察号”和“毅力号”的测量结果类似，分别为 0 米/秒到 7.5 米/秒和 0 米/秒到 12.1 米/秒。在一次沙尘暴期间，“毅力号”记录下了迄今为止火星上的最高风速：一次阵风达到了 22 米/秒。作为比较，一项 2005 年风力调查 计算出，海平面以上 10 米处的地球平均风速在海洋上为空 6.65 米/秒，在陆地上为 3.28 米/秒；飓风被定义为风速 至少为 34 米/秒 的风暴，而 地球上记录到的最高风速 为 113 米/秒。
然而，这些着陆器使用的方法存在缺点。它们在低风速下相对不准确，而且也无法测量三个方向的风。后者是一个特别大的问题，因为火星大气层也像地球大气层一样是 湍流 的。这种湍流是由行星表面白天加热产生的相对温暖气体的涡流和上升气流引起的。新论文解释说，这些涡流“是将热量、动量和分子从表面传输的主要机制”。
然而，研究它们需要“一种风速传感器，它不仅能分辨水平风，还能分辨通常温柔得多的垂直风以及与湍流涡旋相关的水平风扰动。”
在地球上，这类测量通常使用超声波风速计，这种设备通过一对换能器之间发送超高频声波脉冲来工作。当这些声波在大气中传播时，大气气体的任何运动——包括风——都会影响它们到达目的地所需的时间。顺风传播的脉冲会更快到达目的地，而逆风传播的脉冲则会减慢。测量时间差就可以有效地测量风速，如果将三对换能器排列在三个正交轴上，就可以三维测量风速和风向。
这样的设备将是研究火星风和大气动力学的理想选择，但火星对精密设备来说是一个充满挑战的环境。大气压只有地球平均大气压的一小部分。而且温度变化很大——论文指出，风速计必须在低至 -202°F（约 -130°C）和高至 68°F（约 20°C）的温度下运行。
不幸的是，超声波风速计中使用的换能器通常对压力和温度敏感。为了确定现有的风速计是否足够坚固以适应火星环境，研究人员在模拟火星环境的条件下对四种候选模型进行了测试。其中两个是市售型号，另外两个是作者自己制造的。
正如预期的那样，这些设备受到了环境的影响。然而，通过考虑这些影响，研究人员能够以惊人的低误差范围进行测量：风速误差低至 0.14%，声速误差低至 0.07%。声速测量用于通过平均相反方向的传播时间来确定火星上的声速。
据共同作者 Robert White 称，这种新方法“比以前在火星上使用的任何方法都快 10 倍，准确 10 倍。”
论文还指出，地球上有一个地方的条件与火星相当：平流层，特别是在距离地面约 18.5 到 26 英里（约 30-42 公里）的高度范围内。高空气象气球在这个范围内运行，研究人员建议他们的风速计也可以用于这些气球。
