重新利用技术探索火星大气的新区域

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利用重新利用的设备，包括伦敦帝国理工学院研究人员在内的团队测量了火星大气中以前无法探测的部分。这包括如果不加以适当考虑就会阻挡无线电信号的区域——这对于未来的火星居住任务至关重要。
帝国理工学院的研究人员和欧洲航天局 (ESA) 遍布欧洲的同事分析了前 83 次测量的结果，今天将其发表在《无线电科学》杂志上。
为了实现这一目标，ExoMars 的微量气体轨道器 (TGO) 与另一艘绕火星运行的 ESA 航天器“火星快车” (MEX) 合作。这两艘航天器保持无线电连接，因此当其中一艘从火星后方经过时，无线电波可以穿透火星大气层的深层。
大气折射率的变化（即大气如何弯曲无线电波）会导致航天器接收到的无线电频率发生微小但可检测到的变化。通过分析这种变化，科学家可以确定低层大气的密度和电离层（带电的大气上层）的电子密度。这项技术称为相互无线电掩星。
这项研究的主要作者、帝国理工学院物理系博士生雅各布·帕罗特 (Jacob Parrott) 表示：“MEX 和 TGO 上的系统最初并不是为此设计的——我们使用的无线电天线是为行星表面的轨道器和探测器之间的通信而设计的。为了开展这项新科学研究，我们必须在飞行过程中对它们进行重新编程。
“这种创新技术可能会改变未来的任务，证明两艘轨道航天器之间的相互无线电掩星是一种从现有设备中提取更多科学价值的经济方式。”
梦想团队合作
此前，无线电掩星是利用火星轨道器与地球上大型地面站之间的无线电链路进行的。当航天器“落入”（被掩星）火星后方时，来自轨道器的无线电信号将受到监测，这意味着信号将穿过火星大气层。
使用两颗轨道飞行器进行这种测量已经是调查地球大气层的常用方法：全球导航卫星之间进行了数千次此类测量，它们提供的数据用于大气监测和天气预报。
然而，这种方法此前只在火星上使用过三次，即 2007 年 NASA 将其作为硬件演示。两艘 ESA 航天器的新用途标志着该技术首次常规应用于另一颗行星。
现在它的可行性已经得到证明，从事该研究的科学家和工程师正在研究如何在未来的火星任务中扩大该技术的使用。
该研究的共同作者、欧空局火星微量气体轨道器和火星快车项目科学家柯林·威尔逊博士表示：“欧空局现在已经证明了这项技术的可行性，这可能会对未来的火星科学产生变革性的影响。
“目前有七艘航天器绕火星运行；随着未来几十年航天器数量的增加，无线电掩星的机会也将迅速增加。因此，这项技术将成为研究火星越来越重要的工具。”
更多测量，更多洞察
航天器到航天器的掩星可以进行更多测量，并可以探测大气的新区域。
由于传统的火星无线电掩星测量需要与地球地面站建立无线电链路，因此测量位置相对于地球的缓慢运动是固定的。这使得很难捕捉火星上的全球变化，因为研究人员经常观察相同的地点。
此外，由于地球距离太阳较近，这种方法只能在日落和日出时进行采样，从而限制了我们对火星大气层的观察。
此外，传统的无线电掩星探测受到“掩星季节”的影响，由于航天器的轨道，每年只有几个月的时间可以进行测量。例如，火星快车号在 2022 年只能进行两个月的无线电掩星探测。
相互无线电掩星克服了这些问题，使研究人员首次能够在中午和午夜左右探索火星电离层的整个深度。