火星上的風：雕刻山巒，揚起塵埃

NASA好奇號火星探測器觀測到火星表面的塵捲風，火星上最近幾個夏日午後，NASA好奇號火星探測器（NASA』s Curiosity Mars rover）上搭載的導航攝像頭觀察到蓋爾環形山（Gale Crater）上幾股夾雜著塵埃的旋風。陽光引起的地面升溫導致空氣上升形成對流，最終形成塵捲風。

所有觀測到的塵捲風都發生在探測器南部的方向上。視頻中做了快進處理並提升了對比度，這樣更容易觀察到每幅畫面之間發生的變化。

這張地圖展示了NASA的好奇號火星探測器一項研究任務中涉及的兩個地點，任務的目的是調查火星上的活躍沙丘。2015年下半年，好奇號抵達了一處新月形沙丘。2017年2月，探測器抵達了一處線性沙丘。 Credits: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

在火星上，風統治著一切。在過去的幾十億年中，風不斷改變著這顆紅色星球的地貌，直至今日也是如此。科學家通過NASA的軌道飛行器和探測器的數據從大小兩個維度展現了蓋爾環形山中鬼斧神工的地貌風景。

NASA的好奇號火星探測器在夏普山（Mount Sharp）——一座位於環形山內的分層山（layered mountain）——的低坡上開始了第二項任務，研究位於夏普山西北側的活躍沙丘。探測器同時也會研究攜帶塵埃的旋風，以查明在一天的時間內風能把沙堆移動多遠。

NASA的火星勘測軌道飛行器（Mars Reconnaissance Orbiter）對於蓋爾環形山的觀測已證明了長期風蝕的模式和頻率，這有助於解釋這一怪相：在一個衝擊形成的環形山中間出現了一座分層山。

「軌道飛行器的角度讓我們能看到全貌，夏普山的每個角度以及蓋爾環形山的區域環境。這些可以與探測器提供的細節和地面實況結合起來。」德州大學奧斯汀分校的Mackenzie Day說，他是Icarus雜誌上一篇研究風在蓋爾環形山中所起作用的學術報告主作者。

整合的觀測結果顯示現在環形山內風的軌跡與之前吹走環形山邊緣和夏普山之間物質的北風並不相同。現在，夏普山是決定風向的主要因素。風形成了山，現在山影響著風。

火星上的大氣比地球要稀薄100倍左右，所以火星上的風力要比地球上的小很多。時間是火星風主宰地貌的原因。許多改變了地球地貌的因素在幾十億年間並沒有對火星產生同樣的影響，侵蝕並帶走沉積物的水，造山並回收地表物質的地殼運動，活躍的火山活動。在這樣長的時間跨度中，即使發生的不那麼頻繁，風捲起的沙塵也能改變火星的地貌。

這兩幅圖像顯示了一個火星日中，在沒有移動的好奇號面前，風移動沙子所留下的變化。每張照片都是由探測器上的火星下沉成像儀（Mars Descent Imager，MARDI）在日落後拍攝的。圖像中的區域跨度，從左至右大約在3英尺（約90.14厘米）。

Credits: NASA/JPL-Caltech/MSSS

分層山的形成

將近36億年前一顆小行星或彗星的衝擊在火星上形成了一個將近100英里（160千米）寬的盆地，也就是現在的蓋爾環形山。後來，岩石和泥沙等沉積物填滿了盆地中心，部分沉積物來自流經蓋爾環形山邊緣更高處的河流。好奇號找到了30億年前火星上曾經存在過潮濕時代的證據。Day提示道，其中的轉折點就存在於蓋爾環形山的形成歷史之中——當沉積物的凈累積被風蝕所引起的凈流失所代替——這一時期可能也是火星開始變得乾燥，一個重要的星球氣候轉折點。

這幅來自好奇號火星探測器的全景照片左側顯示了在夏普山西北側巴格諾爾德沙丘群（Bagnuld Dune Field）中線性沙丘上長長的波紋。導航攝像頭於2017年2月5日記錄下了這一場景。

Credits: NASA/JPL-Caltech

早在2000年，科學家就提出蓋爾環形山中間的小土堆是一個原本被填滿的盆地在風蝕作用下的殘留物。新的研究計算出的流失物質總量——大約15000立方英里（64000立方千米）——與軌道飛行器觀測到的環形山周圍風力影響乘以十億年以上的時間跨度所得到的結果一致。

通過好奇號完成的其他新研究主要關注風在蓋爾環形山中最新的活動。

這個月火星探測器研究了一類沙丘，它們的形狀與2015年末2016年初的任務中研究過的不同。新月型沙丘是上一次任務中研究的對象——這也是第一次在地球以外的地方近距離研究活動的沙丘。第二次沙丘任務的對象是一群像絲帶一樣的線性沙丘。

「在這些線性沙丘中，沙子沿著帶狀軌跡運動，所形成的帶狀圖案也會隨之前後左右搖擺。」約翰霍普金斯大學位於馬里蘭州勞瑞爾的應用物理實驗室好奇號科學團隊成員Nathan Bridges說。

這組來自好奇號火星探測器的動圖中我們可以看到在火星探測器附近的黑色沙丘後面，一個火星塵捲風從視線前方經過。導航攝像頭於2017年2月4日完成了此次觀測，拍攝時正值午後，探測器位於蓋爾環形山內。

Credits: NASA/JPL-Caltech/TAMU

蓋爾環形山裡目前正是夏季，一年之中風最大的季節。這是與第一次沙丘任務不同的另一個方面，上次是在風力比較小的火星冬季。

「在一個風力旺盛的季節，我們讓好奇號在一個滿是沙子的區域忙碌，」NASA噴氣推進實驗室好奇號項目科學家Ashwin Vasavada說，「我們想研究的一方面是風對不同結構的沙粒的影響。這有助於我們解讀現代的沙丘以及古代的砂岩。」

在好奇號向夏普山高處出發前，它的任務是在線性沙丘上研究沙粒的運動，檢測沙丘的帶狀表面，確定沙丘的成分。

移動的沙與塵捲風

這組動圖中能看到遠處舞動的塵捲風，好奇號火星探測器的導航攝像頭在2017年2月12日下午拍攝，也是探測器在火星上的第1607個火星日（Martian day, Sol）。

Credits: NASA/JPL-Caltech/TAMU

記錄了火星探測器降落場景的下視攝像頭相隔一天在同一塊地面拍攝的圖片中顯示沙子順風移動了一英尺（2.5厘米）形成的細紋。

同時下午相隔幾秒鐘拍攝的照片中還記錄了從環形山內地區穿過，被稱為塵捲風的旋風。

完成計劃中的沙丘觀測和測量工作後，好奇號會向南前進，登上一片山脊，在這裡火星勘測軌道飛行器發現了赤鐵礦。好奇號科學團隊決定將這個有意義的地形命名為「薇拉-魯賓山脊（Vera Rubin Ridge）」，以紀念薇拉-庫珀-魯賓（Vera Cooper Rubin，1928-2016），她的天文觀測結果為證明宇宙暗物質的存在提供了證據。

這組動圖顯示了蓋爾環形山內夏普山底部出現的一個攜帶塵土的旋風，也被稱為塵捲風。好奇號火星探測器於2017年2月18日下午觀測到這個現象，這也是探測器的第1613個火星日。

Credits: NASA/JPL-Caltech/TAMU

隨著好奇號把工作重點放在沙丘上，火星探測器的工程師開始分析鑽頭進給機構的診斷測試結果，進給機構驅動鑽頭進出，以完成在岩石上取樣的工作。導致機構運作不連續的原因可能是一個制動盤的運動受阻，也許是小的岩屑阻止了制動盤的釋放。診斷測試被設計用於找出恢復鑽頭功能的最佳方案。

探測器團隊還將檢查好奇號機械臂上搭載的火星透鏡成像儀（Mars Hand Lens Imager，MAHLI）鏡頭蓋在2月24日沒有響應命令完全打開的原因。目前機械臂已被抬起，使得風中夾帶的沙子對半開狀態鏡頭的危害達到最小化。對鏡頭蓋的診斷測試計劃於本周進行。

這組動圖顯示了蓋爾環形山內疾馳而過的一個攜帶塵土的旋風，也被稱為塵捲風。好奇號火星探測器於2017年2月1日下午觀測到這個現象，這也是探測器的第1597個火星日。動圖中做了快進處理。

Credits: NASA/JPL-Caltech/TAMU

好奇號2012年降落在蓋爾環形山後的第一年中，它完成了主要任務，找到了曾出現過有利於微生物生命環境條件的區域。這個曾長期存在的古代火星淡水湖包括我們已知的所有生命所需的化學元素，以及地球上許多微生物利用過的化學能量來源。後續任務將包括調查這片宜居的古代環境是在何時，如何演變成乾燥且不宜居的環境。

（備註：所有的讚賞都歸我們的創作者，譯者和校核，以感謝他們辛苦的付出。）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！