地球科学进展 ›› 2020, Vol. 35 ›› Issue (8): 771 -788. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.063

所属专题: “火星地貌”虚拟专刊

综述与评述    下一篇

火星风沙地貌研究方法
董治宝( ),吕萍,李超   
  1. 陕西师范大学行星风沙科学研究院,陕西 西安 710119
  • 收稿日期:2020-01-16 修回日期:2020-02-25 出版日期:2020-08-10
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目“塔里木盆地周围干燥剥蚀山地风化速率研究”(41930641);“巴丹吉林沙漠高大沙山系统的形成”(41871008)

Research Methodology of Martian Aeolian Geomorphology

Zhibao Dong( ),Lü Ping,Chao Li   

  1. Planetary Aeolian Research Institute, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China
  • Received:2020-01-16 Revised:2020-02-25 Online:2020-08-10 Published:2020-09-15
  • About author:Dong Zhibao (1966-), male, Hengshan Country, Shaanxi Province, Professor. Research areas include aeolian geomorphology and physics of blown sand. E-mail: zbdong@snnu.edu.cn
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China “Weathering rate of the dry denudated mountains surrounding the Tarim Basin”(41930641);“Formation of the meagadune system in China’s Badain Jaran Sand Sea”(41871008)

火星探测是深空探测的热点和焦点。中国于2020年实施首次火星探测计划,风沙地貌过程是火星表面最广泛和最活跃的地貌过程,一直是火星研究的重要内容。持续推进火星风沙地貌过程研究需要理论体系和研究方法两个方面的支撑,在目前无法采用实地观测直接获取资料的情况下,探索和提高研究方法的水平尤为重要。从方法论、研究方式和现代技术应用3个层面剖析了火星风沙地貌研究方法。方法论注重归纳法与演绎法,还原论与整体论的辩证统一。研究方式包括探测研究和模拟研究,在地球上选择与火星类似的地方开展类火星研究,也是目前普遍采用的研究方式。充分利用各种遥感观察与探测技术,是火星风沙地貌研究赖以发展的重要基础,模拟实验也一直是风沙地貌学研究的重要手段。在人类无法实施实地调查和观测的情况下,风洞模拟和数值模拟在火星风沙地貌过程以及环境研究方面发挥着重要作用。

Martian exploration is the focus and hot topic of deep space exploration, and China implemented the first Martian exploration Program in 2020. Aeolian process is the most extensive and active landform process on the surface of Mars, and has been an important part of Martian research. Sustainable development of Martian aeolian geomorphology research requires the support of theoretical system and research methodology, and research methodology is a key issue when field observations are impossible. We analyzed the research methods of Martian aeolian geomorphology from three aspects: methodology, approach, and application of modern technology. Methodology must focus on the dialectical unity of induction and deduction, reductionism and holism. Research approach includes exploration and numerical simulation, and Mars-like aeolian geomorphology study on Earth is also a common approach. Taking full advantage of remote sensing observations and detection technologies is an important basis for the development of Martian aeolian research. Simulation experiments have been an important part of aeolian geomorphology research. Since the 1980s, the United States, Europe, and Japan have successively built Martian wind tunnels to study various aircrafts in Martian atmosphere. In the absence of field observation, wind tunnel experiment and numerical simulation play an important role in studying the evolution and formation process of aeolian landform and the Martian environment.

中图分类号: 

表1 地貌学基本概念
Table 1 Basic concepts in geomorphology
表2 各国实施的火星探测计划统计( 19602019年)
Table 2 Statistics of Mars exploration programs implemented in various countries( 1960-2019)
表3 成功实施的火星探测计划
Table 3 Successful Mars exploration program
探测器名称 时间 国家/机构 探测类型 计划探测任务 主要工作与重要科学发现
水手4号(Mariner 4) 1964年11月28日发射,1965年7月15日飞越火星 美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA) 飞越 对火星近距离探测并将照片传回地球,在火星附近进行星际磁场测量,提供长时间星际飞行工程方面的经验和知识 1967年12月21日结束工作。第一次成功飞越火星,传回21张照片,清晰观察到火星上大量陨击坑,记录了约70个陨击坑。证明火星地势有高差变化,否定了火星上的黑色区域代表植被,探测到火星表面大气压为400~700 Pa
水手6号(Mariner 6) 1969年2月24日发射,1969年7月31日飞越火星 NASA 飞越 以飞越模式共同执行探测任务。研究火星表面和大气,为未来探测提供数据,寻找有关地外生命方面的信息,探索未来探测的有关技术 水手6号传回75张照片,其中49张远距离照片,26张近距离照片,拼接起来覆盖火星表面20%面积。水手7号传回126张照片,其中93张远距离照片,33张近距离照片。分析了火星表面和大气。获得800 M数据,确定火星南极冠主要由碳氧化物组成,表面大气压估计为600~700 Pa,修正了火星质量、半径和形状数据
水手7号(Mariner 7) 1969年3月27日发射,1969年8月5日抵达距火星最近处 NASA 飞越
水手9号(Mariner 9) 1971年5月30日发射,1971年11月14日进入火星轨道 NASA 轨道器 进入环火星轨道,返回照片和数据,研究火星气候及表面的变化,对80%的火星表面制图 1972年10月27日结束工作。第一个安全进入火星轨道的轨道器,传回540 T数据,包括7 329张照片,覆盖80%以上的火星表面,获得了有关火星全球性尘暴、三轴形状、不均匀的重力场和风成活动的信息
火星2号(Mars 2) 1971年5月19日发射,1971年11月27日进入火星轨道 苏联 轨道器+着陆器(着陆时被撞碎) 获得火星表面和云层的图像,研究表面形貌、成分和物理性质,测量火星表面温度、大气性质,监测太阳风和星际、火星磁场 传回大量数据,包括60张照片。所获数据可用于绘制火星表面形貌图,提供有关重力和磁场信息。发现火星表面高达22 km的高山,大气层有原子氢和氧,表面温度变化为-100~13 oC,大气压500~600 Pa,大气中水蒸气浓度约为地球1/5 000,电离层下界高度为80~110 km,大气7 km高度处有来自尘暴的颗粒
火星3号(Mars 3) 1971年5月28日发射,1971年12月2日进入火星轨道 苏联 轨道器+着陆器(着陆20秒后停止工作)
火星5号(Mars 5) 1973年7月25日发射,1974年2月12日进入火星轨道 苏联 轨道器 获取火星大气和表面成分、构造和性质的信息 绕火星22圈,工作9天,传回60张图片。测得火星最高表面温度-1 oC,土壤热惯性与0.1~0.5 mm的颗粒一致,风成沉积物的粒度0.04 mm,发现与地球镁铁质岩石类似的U、Th、K成分,40 km高度臭氧层,高水汽含量等
火星6号(Mars 6) 1973年8月5日发射,1974年3月12日进入火星轨道 苏联 飞越+着陆器(发送了224 s数据) 着陆器进入火星大气层,现场研究火星大气和表面 着陆器发送的数据可编制大气对流层结构图。测得火星表面大气压600 Pa,气温-43 oC,显示比之前报道更多的大气水蒸气
海盗1号(Viking 1) 1975年8月20日发射,1976年6月19日进入火星轨道 NASA 轨道器+着陆器 研究火星表面和大气的生物学、化学组成、天气、地震、磁性、形貌和物理性质 “海盗1号”轨道器于1980年8月17日结束工作,绕火星飞行1 485圈。着陆器于1976年7月20日着陆,1982年11月13日结束工作,传回表面照片。“海盗2号”轨道器于1978年7月25日结束工作,绕火星飞行了706圈,传回16 000张照片。着陆器于1976年9月3日着陆,1980年4月11日结束工作。“海盗计划”是一次科学与技术上的巨大成功,获得的数据,特别是轨道器获得的数据得到了深入分析与研究。着陆器传回4 500余张照片,轨道器传回51 500余张照片,对97%的表面制图,分辨率达300 m
海盗2号(Viking 2) 1975年9月9日发射,1976年8月7日进入火星轨道 NASA 轨道器+着陆器 主要目标是探索火星生物
火星全球勘测者(Mars Global Surveyor, MGS) 1996年11月7日发射,1997年9月12日进入火星轨道 NASA 轨道器 认识表面特征和地质过程,测定表面矿物、岩石和冰物质性质、组成和分布,测量全球地势、火星形状和磁场,监测全球天气和大气热结构,研究表面和大气的相互作用 2006年11月14日结束工作。全面研究火星表面、大气和内部。发现天气格局的周期性变化,特别是沙尘暴发生于春季至秋季、代表流水作用的冲沟和碎屑流、新巨砾轨迹和新近形成的陨石坑
火星探路者(Mars Pathfinder, MPF) 1996年12月4日发射,1997年7月4日着陆火星 NASA 火星车巡视探测 对火星表面进行长距离和近距离照相,表面岩石和土壤成分、性质测试,探测火星气象,考察火星环境,为未来探测提供参考 1997年9月27日结束工作。旅居者号(Sojourner)火星车传回2.3 G数据,16 500张着陆器拍摄的照片,550张火星车拍摄的照片,15组岩石和土壤的化学分析数据,广泛的风和天气数据。分析结果表明,火星曾经温暖湿润,有液态水和较浓密的大气,显示火星大量类似古河道的证据,频繁的尘卷风使沙尘进入大气,早晨低层大气有水冰云,上午气温波动剧烈
火星奥德赛(Mars Odyssey) 2001年4月7日发射,2001年10月24日进入火星轨道 NASA 轨道器 基于探测数据,评估火星是否适合生命存在,了解火星气候和地质概况,研究辐射对宇航员的潜在危险 目前在工作,NASA工作最长的火星探测器。发现火星地下含有丰富的氢,可能以水的形式存在
火星快车(Mars Express Orbiter) 2003年6月2日发射,2003年12月25日进入火星轨道 欧洲空间局(European Space Agency,ESA) 轨道器 获取火星高分辨率(10 m)地质图像,高分辨率(100 m)矿物学制图,研究火星浅层地下结构、大气循环、大气与表面和星际介质的相互作用 目前在工作。轨道器正常工作,Beagle 2着陆器失联,欧洲空间局第一个地外行星探测器。发现北极附近环形山底部一块水凝结成的冰,极光现象,近期冰川活动,火山爆发,以及甲烷气
火星探测漫游者—勇气号火星车(Mars Exploration Rover- Spirit, MER) 2003年6月10日发射,2004年1月4日着陆火星 NASA 火星车巡视探测 机器人地质学家。借助仪器开展地质调查工作,包括照相、岩石取样和分析。通过在岩石和土壤中寻找水存在的证据等数据,帮助确定生命存在的可能性,了解气候和地质特征,为载人火星探测提供资料 “勇气号”于2004年1月4日到达火星表面,2010年3月22日结束工作;“机遇号”于 2004年1月25日着陆火星表面,2019年2月13日结束工作。最重大的科学发现是土壤中的二氧化硅,是曾经有水的有力证据,另外发现土壤中有硫酸盐存在,是咸水曾经存在的证据。在岩石中发现溴、硫和氯,可能被水深度改性
火星探测漫游者—机遇号火星车(Mars Exploration Rover-Opportunity, MER) 2003年7月7日发射,2004年1月25日着陆火星 NASA 火星车巡视探测
火星勘测轨道器(Mars Reconnaissance Orbiter, MRO) 2005年8月12日发射,2006年3月10日进入火星轨道 NASA 轨道器 借助目前行星探测计划中最先进的相机,提供火星表面形貌最清晰的细节。增进对火星气候、塑造星球的各种过程以及水在这些过程中的作用,确认一些地方的水的存在,判读有利于生物活动甚至生命的环境,确定未来火星着陆点 目前在工作。发现大量水合二氧化硅,表明液态水在表面持续存在的时间可能要比之前认为的长10亿年,在支持生命的环境中扮起重要作用。在碎石表层下广泛埋藏着冰层
凤凰号火星着陆器(Phoenix Mars Lander) 2007年8月4日发射,2008年5月25日着陆火星 NASA 着陆器 主要任务是寻找火星北极地区的生命宜居性。寻找水存在的证据,分析土壤样品成分,确定土壤中是否存在有机化合物,判读现在和过去的环境是否适宜生命存在 “凤凰号”着陆器于2008年5月25日着陆,2008年11月2日结束工作。发现北极土壤中的盐分,被认为是过去生命的养分,碳酸钙等矿物形式表明曾有水的参与,土壤中氧化性极强的高氯酸盐表明过去严酷的环境,鉴别出土壤样品有水蒸气,确认火星有水,几百万年前气候更湿润温暖
火星科学实验室—好奇号(Mars Science Laboratory-Curiosity, MSL) 2011年11月26日发射,2012年8月6日着陆火星 NASA 火星车巡视探测 NASA火星实验室计划的一部分,核心任务是寻找水和生命的证据。探寻生命证据,分析气候特征,开展地质调查,为载人火星探测做准备 目前在工作。借助目前最大和功能最强的火星车,发现湖泊遗迹,探测到7×10-6甲烷,打钻发现有积碳颗粒,火星岩石中存在氮化物。提供了早期生命的证据,如液态水、组成生命的关键元素、化学能源及酸度和盐度比较适中的水
曼加里安号火星轨道器(Mangalyaan) 2013年11月5日发射,2014年9月24日进入火星轨道 印度空间研究组织(ISRO) 轨道器 主要科学目标是探测火星表面形貌、地质结构与物质成分、大气环境、大气成分、大气氘氢比例、甲烷、热点和冰雪 轨道器携带5台科学仪器:莱曼α光度计(LAP)、火星甲烷传感器(MSM)、火星大气层中性成分分析仪(MENCA)、火星彩色照相机和热红外成像光谱仪
梅文号(MAVEN,火星大气与挥发物演化) 2013年11月18日发射,2014年9月22日进入火星轨道 NASA 轨道器 研究火星大气中的气体逃逸在火星演化中的作用,探测火星大气与气候的变化历史、液态水及其宜居性 目前在工作。目前的发现揭示了火星大气的散逸速率、路径及其演化史;在形成后不久,火星上的生命已不复存在
火星生物学探测计划2016(ExoMars 2016 Mission) 2016年3月14日发射,2016年10月19日进入火星轨道 ESA、俄罗斯联邦空间局(Roscosmos) 轨道器+着陆器 主要目的是探测甲烷和其他大气痕量气体,作为活跃的生物和地质过程的证据。目前在工作 包括痕量气体轨道器和着陆器。痕量气体轨道器于2016年10月19日进入火星轨道,Schiaparelli 着陆器于2016年10月16日从轨道器释放,19日失联。科学探测于2017年12月开始
洞察号火星着陆器(InSight) 2018年5月5日发射,2018年11月26日着陆火星 NASA 着陆器 NASA发现探测计划的一部分,通过研究火星内部结构与过程,理解类地行星的演化,确定当前火星的构造活跃程度以及流星的撞击率 目前在工作,计划于2020年11月结束主要工作
表4 可用于火星风沙地貌研究的主要探测仪器与探测资料类型(近 20年)
Table 4 The main detective instruments and data that can be used to study the Martian aeolian landforms ( nearly two decades)
探测仪 搭载探测器 特点及技术参数
α粒子激发X-射线谱仪(Alpha Proton X-ray Spectrometer, APXS) 火星探路者(MPF, 1997)、火星探测漫游者(MER, 2004)、火星科学实验室:好奇号(MSL, 2012) 精确测定岩石和土壤的元素组成
大气结构仪器/气象包(Atmospheric Structure Instrument and Meteorology Package, ASI/MET) 火星探路者(MPF, 1997) 获取着陆器降落和着陆之后的火星大气信息,重建表面之上超过100 km的大气密度、温度和气压廓线
热辐射光谱仪(Thermal Emission Spectrometer, TES) 火星全球勘测者(MGS, 1997) 通过测定可见光和红外光谱,研究火星表面矿物
火星轨道激光高度计(Mars Orbiter Laser Altimeter, MOLA) 火星全球勘测者(MGS, 1997) 制作表面高程图,精度在30 m内
火星轨道相机(Mars Orbiter Camera, MOC) 火星全球勘测者(MGS, 1997) 广角镜头用于制作日天气卫星图,显示地表特征和云,分辨率为7.5 km;窄角镜头分辨率为2~3 m
磁强计电子反射计(Magnetometer/Electron Reflectomete, MER) 火星全球勘测者(MGS, 1997) 探寻磁场的存在与强度,以及古磁场的残余
热辐射成像系统(Thermal Emission Imaging System, THEMIS) 火星奥德赛2001 通过测定可见光和红外光波,研究火星表面矿物
火星辐射环境试验仪(Martian Radiation Environment Experiment, MARIE) 火星奥德赛2001 研究飞往火星途中和火星轨道的辐射环境
γ射线谱仪(Gamma Ray Spectrometer, GRS) 火星奥德赛2001 通过探测表面发射的γ射线和中子,测定火星表面的元素组成
高分辨率立体彩色相机(High Resolution Stereo Camera, HRSC) 火星快车(2003) 火星表面成像
红外矿物成像光谱仪(Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activité(Visible and Infrared Mineralogical Mapping Spectrometer, OMEGA) 火星快车(2003) 探测火星表面组成和演化过程
行星傅立叶光谱仪(Planetary Fourier Spectrometer, PFS) 火星快车(2003) 探测火星大气组成
火星大气特征探测光谱仪(Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, SPICAM) 火星快车(2003) 研究火星大气组成与循环
火星地下电离层雷达(Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding, MARSIS) 火星快车(2003) 探测火星地下水
空间等离子体高能原子分析仪(Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms, ASPERA) 火星快车(2003) 探测太阳风如何剥蚀火星大气
无线电科学实验系统(Mars Radio Science, MaRS) 火星快车(2003) 探测内部结构、大气和环境
全景相机(Panoramic Camera, PANCAM) 火星探测漫游者(MER, 2004) 全彩色成像,岩石和大气光谱分析,1 028像素×1 028像素,原点全景照片24帧×4帧
微型热辐射光谱仪(Miniature Thermal Emission Spectrometer, Mini-TES) 火星探测漫游者(MER, 2004) 通过167种颜色测量红外线辐射的亮度
穆斯堡尔谱仪[Moessbauer(MB) Spectrometer] 火星探测漫游者(MER, 2004) 精确测定含铁矿物的组成与丰度,表层物质的磁性特征
显微成像器(Microscopic Imager, MI) 火星探测漫游者(MER, 2004) 拍摄岩石和土壤的特显黑白照片,获取岩石细微特征信息
高分辨率成像科学实验(High Resolution Imaging Science Experiment, HiRISE) 火星勘测轨道器(MRO, 2006) 可见光成像,扫描带宽6 km,空间分辨率0.30 m,彩色立体相对高度分辨率为0.25 m
小型火星勘测成像光谱仪(Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars, CRISM) 火星勘测轨道器(MRO, 2006) 可见光和红外线彩色成像,探测重要矿物,分辨率可达18 m,全球成像分辨率100~200 m
背景相机(Context Camera, CTX) 火星勘测轨道器(MRO, 2006) 可见光成像,扫描带宽30 km,分辨率6 m
火星彩色成像仪(Mars Color Imager, MARCI) 火星勘测轨道器(MRO, 2006) 可见光和红外线成像,全视野覆盖,空间分辨率1~10 km可选
火星气候探测仪(Mars Climate Sounder, MCS) 火星勘测轨道器(MRO, 2006) 水平和垂直探测大气分层结构,分辨率5 km,探测高度80 km
浅层地下雷达(Shallow Subsurface Radar, SHARAD) 火星勘测轨道器(MRO, 2006) 探测深度1 km,可辨别不同组成和物理状态(如液态水)的地层,地层分辨率可达10 m
机械臂相机(Robotic Arm Camera, RAC) 凤凰号(2008) 拍摄4个方面的全彩色特显照片,即火星表面、土壤和水冰样品、采样铲中的样品、探沟侧壁底层与构造
表面立体成像仪(Surface Stereoscopic Imager, SSI) 凤凰号(2008) 拍摄火星北极的全彩色全景高分辨率立体照片
热逸出气体分析仪(Thermal and Evolved Gas Analyzer, TEGA) 凤凰号(2008) 高温炉和质谱仪的组合,分析火星冰和土壤样品
显微术电化学与传导分析仪(Microscopy, Electrochemistry, and Conductivity Analyzer, MECA) 凤凰号(2008) 测定酸度、盐度和组成等重要土壤性质
气象站(Meteorological Station, MET) 凤凰号(2008) 记录火星北部平原区日天气情况
桅杆相机(Mast Camera, Mastcam) 火星科学实验室:好奇号(MSL, 2012) 两台功能互补的高像素彩色相机,显示火星车周围的细微特征,其中Mastcam100长焦镜头分辨率为1 600像素×1 200像素,Mastcam 34镜头在2 m处的分辨率为450 μm
火星机械臂透镜成像仪(Mars Hand Lens Imager, MAHLI) 火星科学实验室:好奇号(MSL, 2012) 全彩色可调焦相机,在距目标物最近处(21 mm),拍摄的照片分辨率达14 μm,视野22 mm×17mm
火星降落成像仪(Mars Descent Imager, MARDI) 火星科学实验室:好奇号(MSL, 2012),凤凰号(2008) 拍摄火星车落地前最后几分钟表面的视频,每秒4帧,分辨率1 600像素×1 200像素
化学相机(Chemistry and Camera, ChemCam) 火星科学实验室:好奇号(MSL, 2012) 应用激光诱导击穿光谱技术,确定岩石和土壤的组成,包括水
化学与矿物实验仪(Chemistry and Mineralogy, CheMin) 火星科学实验室:好奇号(MSL, 2012) 应用X射线衍射法,分析岩石和土壤粉末样品
火星样品分析仪(Sample Analysis at Mars, SAM) 火星科学实验室:好奇号(MSL, 2012) 探测微弱的有机物痕迹,并分辨其种类,提供生命和过去环境信息
火星车环境监测站(Rover Environmental Monitoring Station, REMS) 火星科学实验室:好奇号(MSL, 2012) 记录火星天气日变化和季节变化信息,包括风速、风向、气压、相对湿度、气温、表面温度和紫外线
辐射评估探测器(Radiation Assessment Detector, RAD) 火星科学实验室:好奇号(MSL, 2012) 监测来自太阳、远超新星和其他物体的高能原子和亚原子,评估生命存在的条件。
中子反照率动态探测器(Dynamic Albedo of Neutrons, DAN) 火星科学实验室:好奇号(MSL, 2012) 探测火星车运行路径上的浅层(0.5 m)地下矿物中的水
太阳高能粒子仪(Solar Energetic Particle, SEP) 梅文号(MAVEN, 2013) 测定太阳风暴、耀斑和日冕物质喷射释放的高能氢和氦离子
太阳风粒子分析仪(Solar Wind Ion Analyzer, SWIA) 梅文号(MAVEN, 2013) 测量未受扰动的星际介质以及进入火星大气环境时太阳风离子的密度、温度和速度
超热与热离子组分探测装置(SupraThermal and Thermal Ion Composition, STATIC) 梅文号(MAVEN, 2013) 测量火星上层大气高能离子的组成和速度
郎缪尔探针与波敏感器(Langmuir Probe and Waves, LPW) 梅文号(MAVEN, 2013) 包括郎缪尔探针与波传感器和另外一个测量来自太阳的极强紫外线传感器,测量电离层电子的温度
太阳风电子分析仪(Solar Wind Electron Analyzer, SWEA) 梅文号(MAVEN, 2013) 测量具有中程能量电子的能量与角分布
磁强计(Magnetometer, MAG) 梅文号(MAVEN, 2013) 提供探测器穿行太阳风、电离层的磁环境,或磁化地壳区域的磁场环境信息
中性气体离子质谱仪(Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer, NGIMS) 梅文号(MAVEN, 2013) 测量火星上层大气中性气体和热离子的组成,并根据电荷和同位素质量进行分选
紫外光谱成像仪(Imaging UltraViolet Spectrograph, IUVS) 梅文号(MAVEN, 2013) 应用紫外线测量火星上层大气的组成和氢原子逃逸火星的速度
天底/掩星火星探测光谱仪(Nadir and Occultation for MArs Discovery, NOMAD) 火星生物学探测计划2016(ExoMars 2016) 监测大气组成与温度的季节变化
大气化学探测包(Atmospheric Chemistry Suite, ACS) 火星生物学探测计划2016(ExoMars 2016) 探测大气痕量气体的详细清单
彩色表面立体相机(Colour and Stereo Surface Imaging System, CaSSIS) 火星生物学探测计划2016(ExoMars 2016) 与痕量气体源有关的火星表面特征成像与表征
高分辨率超热中子探测器(Fine Resolution Epithermal Neutron Detector, FREND) 火星生物学探测计划2016(ExoMars 2016) 探测深达1 m的地下氢,从而推测浅层地下伏水冰的存在
内部结构地震实验仪(Seismic Experiment for Interior Structure, SEIS) 洞察号(InSight, 2018) 测量火星内部活动引起的震动,从而认识地壳、地幔和地核的特征
热流和物理特性包(Heat Flow and Physical Properties Package, HP3 洞察号(InSight, 2018) 测量火星温度,从而得知有多少热量从火星深部流出
自转和内部结构实验仪(Rotation and Interior Structure Experiment, RISE) 洞察号(InSight, 2018) 测量火星北极受太阳推拉在其轨道上的晃动,从而推测火星金属核的大小和组成
表5 火星风沙地貌研究采用的遥感影像及其特征
Table 5 The remote sensing images and characteristics in Martian aeolian geomorphology
遥感影像类型 主要特征指标
MOLA(Mars Orbiter Laser Altimeter) 一个二极管端泵浦1.06 μm Nd:YAG激光发射器和一个0.5 m直径抛物线型接收器,测距精度0.37 m,水平分辨率约300 m。最新全球地形栅格分辨率0.015625°×0.015625°
MOC(Mars Orbiter Camera) 由一个窄角相机,378 km高度的成像分辨率达1.4 m。两个推扫式广角相机,成像分辨率230 m至7.5 km
HRSC(High Resolution Stereo Camera) 一种多传感器扫描仪,由多个平行安装的CCD线传感器组成,提供全球分辨率为10 m的全彩色、3D影像,部分地区影像分辨率达2 m
HiRISE(High Resolution Imaging Science Experiment) 集成高分辨率、高信噪比和宽带幅成像,提供全色和彩色图像,彩色影像宽度达4 048像素,像素比例尺小于1 m,部分地区分辨率达1~2 m,个别地区影像和立体相对分辨率20 000 pixel × 126 000 pixel,生成的数字高程模型,高度精度0.25 m以下
CTX(Context Camera) 与HiRISE和CRISM一起组成一套功能强大的遥感探测设备,提供HiRISE和CRISM高分辨率影像和分析的周围背景黑白(灰度)影像,5 064 pixels宽×多种长度,300 km高度的成像分辨率达6 m,带幅宽30 km
MARCI(Mars Color Imager) 有2个相机,其中一个为广角相机,提供火星日全球图像,另一个为中角相机,提供个别地区每像素40 m的影像。像素分辨率为1~10 km,可在5个可见波段和2个紫外波段观查火星表面。用于调查沙尘暴、极地霜、水汽云、水冰和二氧化碳冰晶的出现和消退
CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) 300 km高度的成像分辨率达18 m/pixel,波谱范围0.37~3.92 μm,波段数544个。用于识别指示火星表面过去或现在存在水的矿物和化学物质
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