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飞向火星-科学目标的演进与观测载荷的设计

已有 345 次阅读 2021-4-22 23:34 |系统分类:科普集锦

       自前苏联火星1A号(未抵达轨道)于1960年10月10号发射以来(未抵达火星停泊轨道),全人类(大部分探测器为美国、苏联发射)总计向火星发射了约58个探测器(轨道器与着陆器-巡视器分别计算)。为叙述方便,本文将火星探测分为4个时期,分别介绍其科学目标。

       第一个时期为1960-1970年,该时期火星探测的科学目标异常强大,其主要科学目标为以下几点:

        (1)我的信仰比你的优越;

        (2)我的国家体系比你优越;

        (3)我的科学技术比你优越;

        (4)我比你优越;

        (5)星辰宇宙属于我。

       在上述4个科学目标的指导下,两超展开了激烈竞争。统计结果为,美国:苏联=3:0。苏联在该时期失败的主要原因应归因于火箭-卫星跟踪系统问题(均为发射失败火星通讯失联)。

        第二个时期为1971-1975年,该时期的火星探测科学目标为第一时期的延续,其主要科学目标为:

         (1)不服?

         (2)来!

        该时期人类第一次有探测器在火星表面着陆,为前苏联的火星3号探测器。该时期能看出火星探测或深空探测对一个国家能力的考验。这里已经可以看出前苏联的国力到了强弩之末,美国的国力大损,探测器的形式极为单一。

       第三个时期为1976-1992年,先期竞争的一方其实已经一蹶不振,另一方的技术逐渐成熟,主要科学目标为:

          (1)我赢了;

          (2)初步看看高层大气成分,有什么变化(顺带);火星地形-MGS

              图1 MGS 获取的火星地形图(MOLA)

          (3)表面怎么全TM沙子石头,毫无生机(顺带);

          (4)这么辛苦比赛这个干什么(顺带)?

这么辛苦比赛这个干什么,最后一个重型设计探测器还在任务中失败了,以后还怎么(骗钱),不,怎么研究

科学。

        第四个时期为1992-1996年。既然搞不清楚为什么比赛,那么现在需要搞清楚,本阶段的重点为:

          (1)为什么研究火星?

          (2)你说的你说的经纬度和我说的我说的经纬度是一回事么,你说的火星表面位置是我说的同一个位置么(行星大地测量学,以框定和塑造大家所研究的对象是同一个)。

          (3)表面上看到的各种形态记录下来;

          (4)大气参数记录下来;

          (5)。。。。记录下来。


       第四个时期其实才算正在开始进行科学探测了,因为MGS框定了火星地固坐标系、探路者好算出了火星极点位置、利用跟踪测轨数据反演了重力场,测量了火星地壳剩磁。特别是MGS奠定了火星大地测量学基础,由此,火星探测才算真正进入科学探测阶段。


       第五个时期为1996-1999年。既然MGS等做好了行星大地测量学框架,依据该框架,火星探测的科学产出肯定是井喷,大家上啊:

         (1)火星的尘暴太特殊了,大气循环扰动这么大,观测一下(轨道太低大气摩擦烧毁);

         (2)两极白花花的肯定有水冰,有水就有生命,也许能发现外星细菌呢(登录失败);

         (3)我就不信上不去(再次失败);

陷入沉默。

  

         第六个时期为1999-现在。做事不能太激动,让我们捋一下思路:登录不好登陆,让我先拍照再研究怎么上去。

         (1)我来火星做什么?搞清楚我从哪里来!

         (2)一开始必须有什么才能产生生命? 水!液态水!

         (3)液态水有么?观测一下表面形态,果然有水冲过的痕迹!(ODY,MRO)

         (4)是水冲的么?观测一下矿物组成,河流形态、大气成分!几乎确定是水!(ODY MEX, MRO)

           (5)  上去看看(MER-AB等) 果真古代有水;

         (6)水呢?MRO告诉你,地下含水量可以忽略不计;

         (7)跑掉了肯定,去外太空了,看看大气的流失机制吧;(MAVEN)

           (8)  太阳风侵蚀太严重,大气都漏了,整个海水都运空了(MAVEN结果),因为没有磁场?

         (9)对啊,这火星活跃磁场怎么停止了,难道火心死了?放个insight去听听心脏;有火震;

         (10)巡视器活动范围太小,放个大疆无人机看看吧?

MCDimage.png

图2 LMD-MGCM 火星水冰云仿真结果


PS: 欧洲力量没有这么大,直接越塔去偷水晶吧,也许能赢;既然生物过程能产生CH4等气体,我直接从痕量气体入手测量,看看有没有异常,一步到位就搞定了;产生生命的有机物不一定非要在地球上生成,有机物和生命之间的这个鸿沟是怎么越过的,让我们开启天体生物学研究吧,打通物理-生命科学之间的gap,立马就是王者了,哈哈哈哈哈!(欧洲人的内心独白)


参考文献:

Seasonal Variations and Global Wave Distributions in the Mars Thermosphere From MAVEN and Multisatellites Accelerometer‐Derived Mass Densities


Martian Thermosphere Density Variations and Mechanisms from MAVEN Observations


Horizontal internal gravity waves in the Mars upper atmosphere from MAVEN ACC and NGIMS measurements


Winter Equatorial Warming in Martian Upper Atmosphere from MAVEN Densities


Evaluation of Mars probe positioning using X-ray pulsars, celestial, gravity-aided and ground-based measurements



   




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1 杜占池

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