中國科學(xué)家研發(fā)了一種新的模擬火星大氣環(huán)境的數(shù)值模型，為未來火星采樣返回任務(wù)提供科研支持。

這項研究于近日在中國《科學(xué)通報》雜志上發(fā)表。研究根據(jù)國務(wù)院新聞辦公室發(fā)布的《2021中國的航天》白皮書表示，中國將完成火星采樣返回的目標(biāo)。

為了提供航天器著陸的氣象條件信息，中國科學(xué)院大氣物理研究所的科學(xué)家們設(shè)計并構(gòu)建了新一代火星大氣模式（簡稱GoMars）。

他們使用該模式模擬了火星大氣環(huán)境中沙塵、水和二氧化碳三個關(guān)鍵氣象元素的循環(huán)，并根據(jù)“天問一號”火星車“祝融號”和美國“維京1號”、“維京2號”火星探測器的觀測結(jié)果，以及國際火星大氣全球數(shù)據(jù)集，對模式進(jìn)行了性能驗證。

結(jié)果表明，GoMars成功再現(xiàn)了“祝融號”和兩個“維京號”記錄的火星大氣獨特的地表氣壓。此外，該模式對火星地表溫度、緯向風(fēng)、極地冰和沙塵也具有較好的模擬效果。

不同于地球，火星大氣低壓低溫，水汽極少，沙塵變幻莫測。隨著人類火星探測任務(wù)愈加復(fù)雜，科學(xué)家對火星天氣預(yù)報的需求也更加迫切。研究團(tuán)隊表示，他們將進(jìn)一步研究火星上的沙塵暴等天氣過程，為未來的火星探測、載人登陸和資源開發(fā)等提供可能的科研支持。

中國首個火星探測器“天問一號”于2020年7月23日發(fā)射升空，于2021年5月15日著陸火星烏托邦平原。隨后，“祝融號”火星車駛離著陸平臺，到達(dá)火星表面，開始對這顆紅色星球進(jìn)行巡視探測。

2021年6月11日，國家航天局公布了由祝融號火星車拍攝的著陸點全景、火星地形地貌、“中國印跡”和“著巡合影”等影像圖。新華社發(fā)（國家航天局供圖）

論文的通訊作者王斌說，與“天問一號”任務(wù)相比，火星采樣返回任務(wù)包括著陸、采集樣本和返回等目標(biāo)，需要有關(guān)火星大氣條件更精細(xì)化的信息。

王斌告訴記者，在火星，沙循環(huán)的重要性相當(dāng)于地球的水循環(huán)。從探測任務(wù)來說，沙塵過程對登陸火星有很大的影響。因此，沙塵過程一直是火星大氣研究領(lǐng)域的熱點之一，也是模式模擬的難點。

在沙塵活動期間，火星大氣邊界層內(nèi)的溫度、氣壓、風(fēng)場等均會發(fā)生快速變化，由此對火星探測器的著陸、離飛、通訊、能源供給和儀器工作等方面產(chǎn)生顯著影響。

據(jù)國家航天局消息，“祝融號”火星車在2022年5月18日轉(zhuǎn)入休眠模式。王斌說，使用火星大氣模式模擬“祝融號”休眠前后的沙塵活動，可為其休眠原因分析提供數(shù)據(jù)支撐。

2022年元旦，國家航天局發(fā)布我國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器從遙遠(yuǎn)火星傳回的一組精美圖像，向全國人民報告平安。這是環(huán)繞器與火星合影。新華社發(fā)（國家航天局供圖）

“火星的觀測資料遠(yuǎn)比地球稀少?！蓖醣笳f。利用火星大氣模式的模擬數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建一個虛擬的“數(shù)字火星試驗平臺”，為著陸區(qū)選擇、火星車設(shè)計中的大氣環(huán)境工程約束提供數(shù)據(jù)支撐。

“例如，GoMars可以模擬火星車著陸區(qū)的溫度，而科學(xué)家可以利用這些數(shù)據(jù)來設(shè)計適合建造火星探測器的材料，從而應(yīng)對火星上的極端寒冷環(huán)境?！蓖醣笳f。