奥德赛探测器以令人惊叹的新视角捕捉到火星上的巨型火山

2024 年 3 月 11 日，美国国家航空航天局 2001 年火星奥德赛号轨道飞行器捕捉到了太阳系中最高的火山奥林帕斯蒙斯的单张图像。除了提供该火山前所未有的视角外，这幅图像还有助于科学家研究大气层中的不同物质层，包括云层和尘埃。图片来源：NASA/JPL-Caltech/ASU

美国国家航空航天局寿命最长的火星机器人最近迎来了一个新的里程碑。自23年前发射以来，它在6月30日完成了围绕红色星球的10万次旅行。在此期间，2001 年火星奥德赛号轨道飞行器一直在绘制火星表面的矿物和冰层地图，为未来的任务确定着陆点，并将美国宇航局的漫游车和着陆器的数据传送到地球。

科学家们最近使用轨道飞行器的照相机拍摄到了太阳系中最高的火山奥林帕斯山的惊人新图像。这幅图像是奥德赛团队继续努力提供地球地平线高空视图的一部分。(与宇航员在国际空间站（ISS）上获得的地球视角类似，该视角使科学家们能够更多地了解火星上的云层和空气中的尘埃。

这里展示的是由海盗 1 号轨道飞行器拍摄的太阳系中已知最大的火山奥林帕斯山的数字马赛克。它高 27 千米，底部超过 600 千米，周围是轮廓分明的峭壁，高达 6 千米。熔岩流在峭壁的某些地方蜿蜒流淌。火山周围的大部分平原都被奥林匹斯山的脊状刘海"光环"所覆盖。关于光环的由来还存在争议，但可能与祖先火山侧面的重力滑动有关。山顶火山口（中央凹陷）深近 3 千米，宽 25 千米。它可能是由侧面喷发的岩浆排出后反复塌陷形成的。资料来源：NASA/JPL-Caltech/USGS

最新的地平线图像拍摄于 3 月 11 日，捕捉到了奥林帕斯蒙斯火山的全貌。这座盾牌火山的基底横跨 373 英里（600 公里），高达 17 英里（27 公里）。

奥德赛号的项目科学家、美国国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）的杰弗里-普劳特（JeffreyPlaut）说："通常，我们从高空看到的奥林帕斯山是狭长的条状，但通过将航天器转向地平线，我们可以在一张图像上看到它在地形上有多大。这幅图像不仅壮观，还为我们提供了独特的科学数据。"

美国国家航空航天局的火星奥德赛号轨道飞行器于2001年抵达火星，探测火星上的水和浅埋冰，并研究火星的辐射环境。奥德赛号是火星探测计划对这颗红色星球进行机器人探测的长期努力的一部分。资料来源：NASA/JPL-Caltech

除了提供云层和尘埃的定格画面外，这种跨越多个季节拍摄的图像还能让科学家更详细地了解火星大气层。

大气层底部的蓝白色带暗示了初秋时节该地点尘埃的含量，而初秋通常是沙尘暴开始肆虐的时期。上面的紫色层很可能是地球上的红色尘埃与一些蓝色水冰云的混合物。最后，在图像的顶部，可以看到蓝绿色的云层，那里的水冰云高达约 31 英里（50 公里）。

这张信息图表重点介绍了美国宇航局 2001 年火星奥德赛号轨道飞行器在围绕红色星球运行的 23 年中收集了多少数据和图像。资料来源：NASA/JPL-Caltech

轨道飞行器以阿瑟-克拉克（Arthur C. Clarke）的经典科幻小说《2001：太空漫游》（2001: A Space Odyssey）命名，用一台名为"热发射成像系统"（Thermal Emission Imaging System）或"THEMIS"的热敏相机捕捉到了这一场景。但是，由于照相机是用来俯视地表的，因此拍摄地平线需要额外的计划。

通过发射位于航天器周围的推进器，"奥德赛"号可以将 THEMIS 对准火星表面的不同部分，甚至可以缓慢翻转，以观察火星的小卫星--火卫一和火卫二。

最近的地平线成像是多年前美国国家航空航天局（NASA）凤凰号任务（2008 年）和好奇号漫游车（2012 年）着陆期间设想的一项实验。在这些任务着陆前后的其他火星着陆任务中，奥德赛号发挥了重要作用，在航天器冲向火星表面时转发数据。

美国国家航空航天局（NASA）火星奥德赛（Mars Odyssey）轨道飞行器的副项目科学家劳拉-克尔伯（Laura Kerber）解释了 2023 年 5 月该航天器拍摄到的红色星球景象与国际空间站拍摄到的地球景象相似的过程和原因。图片来源：NASA/JPL-Caltech

为了向地球传递重要的工程数据，奥德赛号的天线必须对准新到达的航天器及其着陆椭圆。(当科学家们注意到奥德赛号天线的定位意味着 THEMIS 将对准地球的地平线时，他们感到非常好奇。

奥德赛任务运行航天器工程师、丹佛洛克希德-马丁航天公司的史蒂夫-桑德斯说："我们只是决定打开相机，看看效果如何。"

洛克希德-马丁公司建造了"奥德赛"号，并与 JPL 的任务负责人一起协助进行日常操作。根据这些实验，我们设计了一个序列，当我们绕行星飞行时，THEMIS的视场保持在地平线中心。"

这张带注释的图片显示了美国宇航局五次火星任务的着陆椭圆。着陆椭圆是探测器在接近火星时根据其轨迹预计着陆的区域。着陆椭圆越小，意味着工程师们已经建立了一个更精确的探测器预期轨迹模型。这里显示的四个椭圆分别是"坚毅"号火星探测器、"好奇"号火星探测器、"洞察"号火星着陆器、"凤凰"号着陆器和"火星探路者"探测器。图片来源：NASA/JPL-Caltech

奥德赛号是除地球外在环绕行星轨道上持续运行时间最长的飞行任务，它的秘诀是什么？桑德斯说："物理为我们做了很多艰苦的工作。但我们必须反复处理这些微妙之处。"

这些变量包括燃料、太阳能和温度。为了确保奥德赛号节约使用燃料（肼），工程师们必须计算燃料的剩余量，因为飞船上没有燃料表。奥德赛依靠太阳能来操作仪器和电子设备。当航天器在火星后方消失时，太阳能的功率会发生变化，每个轨道大约 15 分钟。奥德赛号的所有仪器要正常工作，温度必须保持平衡。

"奥德赛"项目经理、JPL的约瑟夫-亨特（Joseph Hunt）说："要想让一项任务持续如此之久，同时保持科学规划和执行的历史时间表，以及创新的工程实践，这需要细致的监控。我们期待着在未来的岁月里收集更多伟大的科学成果。"

编译自/ScitechDaily