PhilLeafSpace 26-03-29 22:09
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【祝融号积灰分析&对天问三号着陆区选择的启示】#祝融号#火星车多光谱相机数据显示(图1),在前110个火星日 (sol) 内,车体上表面的尘埃沉积速率非常低;但此后沉积率有所增加,sol 299时的尘埃厚度约4μm,较sol 205的约2μm翻了一倍。不过该尘埃沉积率仍低于大部分其他火星着陆器和巡视器,仅与“火星探路者号”相当,这表明祝融号休眠前的着陆区天气相当晴朗,沙尘含量相对较低。

祝融号火星气象测量仪 (MCS) 的风速数据显示(图2),sol1-sol110的当地时间上午9至11时平均风速高于sol205-sol300同期风速,但这2小时的风速无法代表日均风速,故需借助火星气候数据库 (MCD) 模拟日均风速补充分析。模拟结果表明,前110sols的日均风速相对较低,此后随时间逐渐增强。由此可得,尘埃沉积率与日均风速呈正相关:风速越高,尘埃沉积越快,但前提是风速不超过约20m/s的扬尘阈值(超过该阈值,表面尘埃会被风吹起,反而减少堆积)。

祝融号冬眠后,乌托邦平原曾遭遇区域性沙尘暴,导致太阳能板表面积累大量尘土,清洁不足引起发电效率显著下降,最终火星车未能从休眠状态中苏醒。这一实例表明,着陆区的选择不仅要规避高风险尘暴区域,还应兼顾尘卷风(图3)的清洁潜力,以在保证科学价值的同时提升能源获取与任务安全性,建议优先选择尘卷风清扫间隔不超45sols的区域。

我国未来将开展#天问三号#火星取样返回任务,为避开剧烈的沙尘暴季节,预计将在春分期间开展火面工作。如图4-5所示,火星尘暴季节通常结束于太阳经度 (Ls) =5°~25°(春分为0°,即春分后1.5月内),所以仍可能对火面任务造成一定影响;此外,在35火星年 (2019年) Ls=30°~60°期间,北半球中低纬度发生了一次反常的春季沙尘暴,这类突发尘暴事件的发生规律更加不明,无法提前预报。因此,火星沙尘暴实时探测能力的提升也是保障未来火星探测任务的关键。

天问三号目前共划定10个核心候选着陆区(图6): 1️⃣麦克劳克林撞击坑、2️⃣奥克夏高原、3️⃣大山撞击坑、4️⃣茅尔斯峡谷、5️⃣贝克勒耳撞击坑、6️⃣尼罗堑沟群、7️⃣卡塞峡谷群、8️⃣天问一号着陆区及周边(乌托邦平原)、9️⃣西穆德峡谷群、🔟伊希斯平原。

其中,1️⃣麦克劳克林撞击坑、2️⃣奥克夏高原、4️⃣茅尔斯峡谷、7️⃣卡塞峡谷群附近均出现尘卷风。适度的尘卷风活动在能源保障方面具有积极作用,因其能周期性清除太阳能板上的尘埃,延长探测器运行寿命;其次这些区域均位于尘暴安全区,在尘埃清洁和任务安全方面具有一定优势。因此,这4个区域可能在科学价值、能源供给(尘埃清洁)和工程安全之间达成较为理想的平衡,具备作为天问三号潜在着陆点的优势。相比之下,9️⃣西穆德峡谷群虽存在更频繁的尘卷风活动(图7),但所伴随的风险也更高。

此外,基于火星宜居环境关键要素的分析研究(图8)则建议选择1️⃣麦克劳克林撞击坑、2️⃣奥克夏高原、3️⃣大山撞击坑、4️⃣茅尔斯峡谷和8️⃣乌托邦平原(且最推荐乌托邦平原),其中与上文基于尘卷风频率推荐的安全着陆点重合的是1️⃣麦克劳克林撞击坑、2️⃣奥克夏高原、4️⃣茅尔斯峡谷这3个区域(图9)。

*详见:
[1]Zhang Q, Liu D, Ren X, et al. 2023. Dust deposition at Zhurong landing site from multispectral camera observations. Geophys Res Lett, 50: e2023GL104676.
[2]何惠宁,吴兆朋,戎昭金,等.基于沙尘光学厚度的火星沙尘暴季节和年际变化的统计研究[J].第四纪研究,2025,45(04):882-893.
[3]施琳琳,刘干,赖嘉龙,等.基于多尺度注意力网络的火星亚马逊平原尘卷风季节-空间分布及盛行风关联研究[J].中国科学:地球科学,2026,56(03):1065-1087.
[4]万李明,唐红,李雄耀,等.火星宜居环境关键要素分析及其对天问三号选址的启示[J].空间科学学报,2025,45(05):1285-1306.

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