Trước khi chúng ta tới Sao Hỏa, chúng ta cần hiểu thêm về cách bụi sao Hỏa có thể ảnh hưởng đến các phi hành gia và thiết bị của họ. Dưới đây là 3 điều chúng tôi đã học được từ cơn bão bụi toàn cầu 2018 trên hành tinh.
Hình ảnh hoạt hình này nhấp nháy hai phiên bản của ngày 11 tháng 5 năm 2016, bức ảnh tự sướng của NASA trên Curiosity Mars rover tại một địa điểm mẫu khoan có tên là Ok Oko., Trong một phiên bản, các máy ảnh trên đỉnh máy ảnh rover mặt đối diện với máy ảnh gắn trên cánh tay. Mặt khác, họ quay mặt đi. Hình ảnh thông qua NASA / JPL-Caltech / MSSS.
Tác giả Lonnie Shekhtman, Trung tâm bay vũ trụ NASA NASA Goddard.
Cơn bão bụi sao Hỏa toàn cầu vào mùa hè 2018 - cơn bão đã làm mờ đi ánh sáng mặt trời trong nhiều tuần và khiến cơ hội yêu thích của NASA rời khỏi cơ hội kinh doanh - mang đến một cơ hội học tập chưa từng có. Lần đầu tiên, con người có tám tàu vũ trụ quay quanh Sao Hỏa hoặc di chuyển trên bề mặt của nó - một đội ngũ thám hiểm người máy lớn nhất từng theo dõi một cơn bão bụi toàn cầu đang diễn ra.
Các nhà khoa học trên toàn cầu vẫn đang phân tích các luồng dữ liệu, nhưng các báo cáo sơ bộ bao gồm những hiểu biết về việc những cơn bão bụi lớn có thể ảnh hưởng đến nước, gió và khí hậu của sao Hỏa cổ đại như thế nào và chúng có thể ảnh hưởng đến thời tiết và năng lượng mặt trời trong tương lai.
Hình ảnh cho thấy cơn bão bụi toàn cầu đang tiến triển, được chụp bởi Curiosity dục Mast Camera giữa Sol 2075 và Sol 2170 trên Sao Hỏa, sẽ xuất hiện vào giữa ngày 8 tháng 6 năm 2018 và ngày 13 tháng 9 năm 2018 trên Trái đất. Hình ảnh thông qua NASA / JPL-Caltech / Đại học York.
Bão bụi sao Hỏa là phổ biến, đặc biệt là trong mùa xuân và mùa hè ở bán cầu nam. Chúng có xu hướng kéo dài một vài ngày và có thể bao phủ các khu vực trên hành tinh có kích thước của Hoa Kỳ. Nhưng những người bao quanh hành tinh là không thể đoán trước, đôi khi kéo dài trong nhiều tháng. Tại sao? Scott Guzewich, một nhà khoa học khí quyển tại Trung tâm bay không gian NASA Goddard ở Greenbelt, Maryland, là nhà nghiên cứu chính trong cuộc điều tra bão bụi của NASA. Anh nói:
Chúng tôi vẫn không biết những gì thúc đẩy sự thay đổi, nhưng cơn bão năm 2018 mang đến một điểm dữ liệu khác.
NASA lần đầu tiên chứng kiến một cơn bão bụi toàn cầu đến gần vào năm 1971 khi tàu vũ trụ Mariner 9 của chúng ta - người đầu tiên quay quanh một hành tinh khác - đến một hành tinh đỏ chìm trong bụi. Kể từ đó, chúng tôi đã thấy các cơn bão toàn cầu vào năm 1977 (hai lần), 1982, 1994, 2001, 2007 và 2018.
Dưới đây là ba điều chúng ta đã thấy từ không gian và từ mặt đất trong cơn bão bụi toàn cầu gần đây đã giúp giải quyết một số câu hỏi mở và tiếp xúc với những câu hỏi mới:
Các nguyên tử hydro thoát ra khỏi bầu khí quyển phía trên sao Hỏa, trong khi nước chứa hydro nặng (deuterium) vẫn bị giữ lại trên hành tinh. Sự thoát ra của hydro đã giúp biến Sao Hỏa từ một hành tinh ẩm ướt 4,5 tỷ năm trước thành một thế giới khô khan ngày nay. Video qua Trung tâm hàng không vũ trụ NASA God Goddard.
1. Bão bụi toàn cầu có thể thổi bay hành tinh nước này không?
Các nhà khoa học đã tìm thấy vô số bằng chứng cho thấy Sao Hỏa có sông, hồ và thậm chí có thể là đại dương nước hàng tỷ năm trước. Lòng sông khô, bờ biển cổ đại và hóa học bề mặt mặn là những manh mối. Nhưng tại sao nhiều nước biến mất? Và làm thế nào? Geronimo Villanueva, một chuyên gia về nước sao Hỏa tại NASA Goddard, cho biết:
Cơn bão bụi toàn cầu có thể cho chúng ta một lời giải thích.
Villanueva đã làm việc với các đồng nghiệp tại ESA (Cơ quan Vũ trụ châu Âu) và Cơ quan vũ trụ Roscosmos của Nga để xác nhận rằng mạnh mẽ, bão bụi toàn cầu dường như hơi nước loft từ độ cao điển hình của nó là 12 dặm (20 km) trên bề mặt sao Hỏa để độ cao cao hơn nhiều ít nhất 50 dặm (80 km). Tàu quỹ đạo Trinh sát Sao Hỏa của NASA đã quan sát thấy một hiện tượng tương tự vào năm 2007.
Bằng cách đẩy nước vào bầu khí quyển phía trên, các cơn bão bụi toàn cầu có thể cản trở chu kỳ nước của hành tinh, ngăn H2O ngưng tụ và rơi xuống bề mặt. Trên trái đất, H2O rơi xuống dưới mưa hoặc tuyết. Quá trình tương tự có thể đã tồn tại trên Sao Hỏa hàng tỷ năm trước.
Ở độ cao cao hơn, nơi bầu khí quyển sao Hỏa đặc biệt khó khăn, Villanueva và các đồng nghiệp suy đoán, bức xạ mặt trời có thể dễ dàng xuyên qua để phá vỡ các phân tử nước và thổi các yếu tố thành phần của chúng vào không gian. Villanueva, người đã dành sự nghiệp của mình chắp nối lịch sử của nước trên sao Hỏa, cho biết:
Khi bạn mang nước đến những phần cao hơn của khí quyển, nó sẽ bị thổi bay dễ dàng hơn rất nhiều.
Villanueva và các đồng nghiệp đã báo cáo vào ngày 10 tháng 4 năm 2019, trong tạp chí đánh giá ngang hàng Thiên nhiên rằng họ đã tìm thấy bằng chứng về sự rút hơi nước bằng cách sử dụng Tàu quỹ đạo khí ExoMars Trace tại Sao Hỏa, một tàu vũ trụ do ESA và Roscosmos quản lý. Quỹ đạo đo các phân tử nước ở các độ cao khác nhau trước và sau cơn bão năm 2018. Các nhà khoa học lần đầu tiên nhìn thấy rằng tất cả các loại phân tử nước (có loại nhẹ hơn và nặng hơn) đã chạm tới vùng thoát hiểm của thành phố khí quyển, đó là một cái nhìn sâu sắc quan trọng về việc nước có thể biến mất khỏi sao Hỏa. Bây giờ, Villanueva nói, các nhà khoa học sẽ phải tính đến thông tin mới này trong dự đoán của họ về lượng nước chảy trên sao Hỏa cổ đại và mất bao lâu để nó biến mất.
Bề mặt Sao Hỏa được bao phủ bởi cát liên tục chuyển động do gió hành tinh. Điều này tạo ra một cảnh quan sa mạc không ngừng phát triển với những cồn cát đa dạng và nổi bật. Các gò cát lỏng lẻo được tìm thấy trên khắp Sao Hỏa, có chiều cao từ vài chục feet đến cao hơn một số tòa nhà chọc trời cao nhất Trái đất. Hình ảnh được chụp bởi thiết bị HiRISE trên tàu vũ trụ Tàu thám hiểm Sao Hỏa của NASA đã cho phép các nhà khoa học nghiên cứu cồn cát Mars Mars một cách chi tiết chưa từng thấy. Các khung nhìn màu nâng cao được chụp từ quỹ đạo cho thấy các đặc điểm về hình dạng, thành phần và chuyển động của chúng theo thời gian, đưa ra manh mối về bầu không khí năng động của hành tinh và khí hậu hiện tại. Hình ảnh thông qua NASA / JPL / Đại học Arizona.
2. Bão bụi toàn cầu don dường như định hình lại đáng kể cồn cát sao Hỏa
Đối với các nhà khoa học theo dõi cồn cát dịch chuyển từng inch trên bề mặt, cơn bão bụi toàn cầu đã đưa ra bằng chứng quan trọng trong cuộc điều tra các kiểu gió trên hành tinh đỏ. Chỉ có những cơn gió mạnh trong cơn bão bụi toàn cầu mới có thể di chuyển các cồn cát rộng lớn trên hành tinh, các nhà khoa học từng nghĩ rằng, bầu khí quyển siêu mỏng Mars Mars làm cho gió có tốc độ 100 dặm / giờ (160 km / giờ) như một cơn gió. Tuy nhiên, hình ảnh từ các quỹ đạo và tàu đổ bộ trong suốt nhiều thập kỷ đã tiết lộ rằng cát sao Hỏa di chuyển mọi lúc, ngụ ý rằng nó không cần gió mạnh để làm điều đó. Đây là một bất ngờ cho các nhà nghiên cứu.
Giờ đây, khi các nhà khoa học cuối cùng đã được chứng kiến một cơn bão bụi toàn cầu từ mặt đất qua con mắt của người đi tàu NASA Curiosity, họ nhận thấy một đặc điểm đáng ngạc nhiên khác của gió sao Hỏa: những cơn gió mạnh don don dường như di chuyển cát nhiều hơn bình thường. Mariah Baker là tiến sĩ. sinh viên tại Đại học Johns Hopkins, người giúp theo dõi những thay đổi trong gợn cát trên sao Hỏa. Cô ấy nói:
Điều này đã thêm vào bí ẩn tổng thể về cách gió hành xử trên Sao Hỏa.
Phân tích liên tục của toàn bộ sao Hỏa sẽ tiết lộ liệu Gale Crater, nơi Curiosity đang lưu chuyển, có phải là duy nhất hay không. Trung tâm của cơn bão đã qua Cơ hội, sau tất cả, nó đang di chuyển ở phía bên kia địa cầu từ Curiosity. Thêm vào đó, gió có thể hành xử khác nhau bên trong miệng núi lửa Gale, các nhà khoa học lưu ý. Guzewich nói:
Có phải chúng ta đang được che chở? Điều đó là khả thi.
Nếu hóa ra cồn cát đã không di chuyển nhiều ở bất cứ đâu trên sao Hỏa trong cơn bão, có thể có một lý do chính đáng, Baker nói:
Gió xoáy bụi trong bầu khí quyển có thể không giống như gió trên bề mặt.
Một số nhà khoa học nghĩ rằng khi bụi bay vào khí quyển trong cơn bão toàn cầu, ngăn ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt, nó sẽ tắt quá trình tạo gió gần mặt đất, trong điều kiện bình thường, được gây ra bởi sự dao động nhiệt độ giữa không khí và bề mặt.
Dù lý do là gì đi nữa, việc hiểu hành vi của cồn cát ngày nay giúp chúng ta tiết lộ khí hậu cổ đại Mars Mars, Baker nói.
Chúng ta có thể nhìn vào những tảng đá hình gió trên bề mặt và nhìn vào những đụn cát đang di chuyển bây giờ và nói, 'OK, điều đó nói gì về những điều kiện ở đây hàng tỷ năm trước khi những đụn cát này di chuyển và bây giờ được gắn vào bản ghi âm rock? '
Các máy quay điều hướng trên tàu NASA NASA Curiosity Mars rover đã quan sát thấy một số cơn lốc mang theo bụi sao Hỏa trên miệng núi lửa Gale năm 2017. Những con quỷ bụi do ánh nắng mặt trời làm ấm mặt đất, khiến không khí bốc lên. Tất cả các con quỷ bụi đã được nhìn thấy theo hướng nam từ rover. Thời gian được tăng tốc và độ tương phản đã được sửa đổi để dễ dàng nhìn thấy các thay đổi theo từng khung hình. Video qua NASA / JPL-Caltech / TAMU.
3. Bão bụi làm cho lũ quỷ làm sạch bụi rover biến mất
Ma quỷ bụi, là những cột quay của không khí và bụi, là phổ biến trên Sao Hỏa. Chúng hình thành khi không khí nóng từ bề mặt tăng lên, tạo ra một luồng không khí tạo thành một cơn lốc. Những con quỷ này rất hữu ích để làm sạch bụi từ các bảng của tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng mặt trời, như InSight, khi chúng đi qua chúng. Vì vậy, điều quan trọng là phải hiểu mức độ thường xuyên xảy ra.
Rover Curiosity được cung cấp năng lượng từ pin hạt nhân, cho phép nó thu thập dữ liệu trong khi Cơ hội ngủ đông, với ánh sáng mặt trời tối thiểu chiếu tới các tấm pin mặt trời. Thông qua sự tò mò, chúng tôi đã học được rằng quỷ bụi biến mất trong một cơn bão bụi, ngay khi chúng tôi cần chúng nhất, và trong nhiều tháng sau đó. Điều này xảy ra do sự gián đoạn trong cùng một quá trình tạo gió có thể ảnh hưởng đến sự di chuyển của cồn cát.
Guzewich nói rằng hiểu được tác động của cơn bão toàn cầu đối với quỷ bụi rất quan trọng trong việc lập kế hoạch cung cấp năng lượng cho thiết bị trong các nhiệm vụ trên sao Hỏa trong tương lai. Anh nói:
Bạn cần phải chuẩn bị để đi một lúc trước khi con quỷ bụi tiếp theo của bạn đi qua và làm sạch bạn.
Điểm mấu chốt: Ba điều mà các nhà khoa học đã học được từ cơn bão bụi toàn cầu năm 2018 trên Sao Hỏa.