2025年10月9日

 

• 德國太空中心參與的新研究：火星風速高達每小時 160 公里。
• 這些發現將有助於更好地了解地球鄰居的大氣動態，並確定未來可能執行任務的著陸點。
• 該數據基於兩架歐空局火星軌道器上攝影機拍攝的影像，並使用機器學習進行評估。
• 重點：火星研究、大氣動力學、太空旅行

 

在火星上，塵捲風和火星風的速度高達每小時160公里，比之前認為的還要強。這是伯恩大學領導的國際研究團隊的一項新研究的發現，德國航空航天中心（DLR）太空研究所的科學家也在其中發揮了關鍵作用。研究人員使用了瑞士火星相機CaSSIS（彩色立體表面成像系統）和DLR HRSC立體相機拍攝的影像，並使用機器學習對這些影像進行了分析。

「這項研究為我們更好地了解鄰近星球的大氣動力學提供了寶貴的數據，」丹妮拉·蒂爾施博士說。她領導歐空局火星快車號任務的高解析度立體相機（HRSC）實驗，並為這項研究做出了貢獻。 「這將使我們能夠創建更好的氣候模型，這也將對未來的機器人火星任務，甚至太空人火星任務大有裨益。」儘管火星大氣非常稀薄，但火星也存在對氣候和塵埃分佈至關重要的風。

風的移動和塵埃的攪動常常會形成所謂的塵埃捲風，即旋轉的塵埃和空氣柱，它們沿著盛行風的方向在火星表面移動。風本身在影像中是看不見的，但塵捲風卻清晰可見。它們的向前移動使其成為研究人員識別原本看不見的風的寶貴指標。地球上也存在塵捲風，但在火星上，它們的體型要大得多，高度可達數公里。

 

「塵捲風」－比預期更快

這項由伯爾尼大學空間與宜居研究中心的瓦倫丁·比克爾博士領導的研究表明，塵捲風及其周圍的風速遠超先前的預期。更強的風力可能是造成大量塵埃攪動的原因，而塵埃捲風對火星的天氣和氣候有著重大影響。

這項研究今天發表在《科學進展》雜誌上，參與者包括伯爾尼大學物理研究所的研究人員，以及英國開放大學和柏林阿德勒斯霍夫德國航天中心的科學家。

「兩顆歐洲衛星上兩台相機的數據整合開啟了一系列新的研究機會：HRSC 和 CaSSIS 完美互補，共同提供比任何單一儀器都更全面的火星圖像——這是國際太空合作力量的絕佳例證，」參與這兩項相機實驗的德國航空航天中心行星地質學家恩斯特·豪伯 (Ernst Hauber) 解釋說。 “兩台相機的分辨率足以捕捉到直徑只有幾十米的塵捲風的圖像。”

 

《科學進展》刊登了有關塵捲風新研究的詳細報導

瓦倫丁·T·比克爾、米格爾·阿爾梅達、馬修·里德、安東尼婭·施里弗、丹妮拉·蒂爾奇、恩斯特·豪伯、克勞斯·格溫納、尼古拉斯·托馬斯、托馬斯·羅奇 (2025)。塵暴遷移模式揭示了橫跨火星的強烈近地表風，科學進展。數字物件識別碼 (DOI)：10.1126/sciadv.adw5170。

「深度學習」調查

「我們利用最先進的深度學習方法，在超過 5 萬張衛星圖像中識別出了塵捲風，」主要作者 Valentin Bickel 解釋道。 CaSSIS 搭載於歐洲太空總署 (ESA) 的 ExoMars 微量氣體軌道器上，而高解析度立體相機 (HRSC) 則搭載於 ESA 的火星快車軌道器上。下一步，研究團隊檢查了約 300 張已識別塵捲風的立體圖像，以確定它們的移動方向和速度。

結果表明，火星塵捲風及其周圍的風速最高可達每秒44米，相當於整個火星表面每小時約160公里。先前對火星表面的測量表明，風速通常保持在每小時50公里以下，在極少數情況下，最高可達每小時100公里。 「識別並測量火星塵捲風資料中的所有塵捲風以訓練演算法是一項相當艱鉅的任務，」德國航空航天中心製圖師安東尼婭·施里弗（Antonia Schriever）在回顧這項研究時說道。 「但看到結果，看到塵捲風的實際規模和速度，這一切都值得！」丹妮拉·蒂爾施（Daniela Tirsch）總結了德國航空航天中心對這項研究的貢獻：「得益於火星塵捲風數據的獨特能力，它能夠利用不同的圖像通道以略微延遲的時間觀測火星表面，從而能夠分析塵捲風的速度和方向。」

它們的高速反過來又影響著這顆紅色星球上的塵埃循環：「強勁的非渦旋風很可能將大量塵埃帶入火星大氣層——比之前預想的要多得多，」瓦倫丁·比克爾解釋道。此外，「我們的數據顯示了這些風在何時何地強度足以將塵埃從火星表面捲起。這是近二十年來首次獲得此類發現。」HRSC 自 2004 年 1 月開始運行，CaSSIS 也已提供火星圖像數據八年多。

 

[照片]

(A) 火星表面的黑色條紋

無數塵捲風曾掠過火星表面，帶走了沿途的紅色塵埃。在這張 CaSSIS 影像的中​​心，可以看到一個活躍的塵捲風及其陰影。

(B) 火星風的位置和方向

在這項新研究中，研究人員訓練了一個人工神經網路來偵測塵捲風。最終成果是：一份包含火星快車號自2004年以來和ExoMars微量氣體軌道器自2016年以來拍攝的全部1039張塵捲風圖像的目錄。

(C) 查爾科波羅斯山脈塵捲風軌蹟的透視圖

這種線狀、狹窄、暗色的條紋圖案是由小型旋風（即所謂的「塵捲風」）造成的，塵捲風是由大氣湍流形成的。當塵埃風掠過火星表面時，它會捲起一層薄薄的明亮塵埃，露出下面的暗色物質。這些尾跡標示著塵捲風的行進路徑。火星上的塵捲風尾跡寬度可達數百米，長度可達數公里。它們的壽命相對較短，因為它們會在幾天到幾個月內再次被明亮的塵埃覆蓋，尤其是在沙塵暴過後，從而消失。圖中所示的部分寬度約為50公里。

(D) 德國太空總署的 HRSC 相機捕捉到的「當場」塵捲風

透過稍微改變時間的影像通道，可以直接觀察到塵捲風的運動和方向。