祝融号“冬眠”竟与沙尘暴有关

7月23日是我国成功发射首个火星探测器天问一号3周年的日子。在工作358个火星日累计行驶近1921米后，祝融号自主进入休眠状态，至今还未苏醒。

这是祝融号火星车后避障相机拍摄的图片。我国首次火星探测任务于2021年5月15日成功实现火星着陆。所有科学载荷开机探测，圆满完成既定巡视探测任务。 新华社发 （国家航天 局供图）

火星是一颗以硅酸盐石为主要成分、与地球一样自转和有四季更迭的行星。作为太阳系中与地球最相似的星球，火星一直以来就是人类寻找地外生命、建立第二家园的目标。研究表明，火星很久之前就存在较厚的大气层、液态水，气候温暖湿润，也曾经是一颗宜居星球。1964年，美国的水手4号从距离火星一万公里的高空掠过，传回火星照片，首次掀开了火星神秘面纱。

2020年7月23日，我国天问一号火星探测器升空，此后经过202天的飞行，于2021年2月10日成功进入火星轨道。2021年5月15日，其上的着陆巡视器成功在火星表面着陆；5月22日，祝融号火星车安全驶离着陆平台，到达火星表面，开始巡视探测；6月11日，祝融号拍摄的首批科学影像图公布。2022年5月18日，祝融号火星车转入休眠模式。

祝融号需要“冬眠”是一种保护机制，这跟它的工作能量来源有关。祝融号是一辆纯太阳能发电的电动车，当火星北半球进入冬季后可接收的太阳光强度将大大减弱。由于火星的公转周期接近地球的两倍，冬季的长度也比地球长一倍。火星寒冬夜晚的温度可达-140℃，低温一方面会影响仪器的工作性能，另一方面还可能损坏元器件，因而现阶段火星探测器不得不“冬眠”。

此外，沙尘暴频繁发生也是火星探测器“冬眠”需要考虑的主要因素。火星上的沙尘暴一年会爆发数百次，大规模的沙尘暴可笼罩整个星球，并且持续几个月。漫天的黄沙可能会遮盖太阳能电池板，阻挡其接收太阳能。美国机遇号火星车便是在一次沙尘暴中遭遇供电系统失灵，自此便“退休”。火星的沙尘粒子非常细小且带有静电，它们可以钻进机器设备的内部，让探测器发生故障，因此停止一切活动可以防止沙尘进入机器内部，避免更大的损害。

如此看来，沙尘暴是火星探测器的头号天气杀手，给火星探测器着陆、地面探测等带来巨大威胁。那么火星上威力巨大的沙尘暴是如何形成的？

与地球上的沙尘暴一样，火星沙尘暴也需要大风、沙尘源和干燥气候来助力。由于火星大气层非常稀薄，其密度只有地球大气层的百分之一。这样稀薄的大气几乎没有保温功能，使得火星上的温差很大，产生极大的气压差，没有雨水强力阻止，形成强风卷起沙尘，进入大气层，一直弥漫在空中。

火星沙尘的含量随季节而变化，大多数大型沙尘暴都发生在春夏季的南半球，由于更靠近近日点，日照量显著增加，沙尘暴和火星大气运动之间产生正反馈效应，从而使更多的沙尘飘浮在空中。

火星的沙尘季节可持续半个火星年，这在一定程度上限制了从地球发射火星探测器的时间。如果探测器不得已要在沙尘季节着陆火星，如何将损失减小还是亟待解决的重要课题。科研人员在天问一号太阳能玻璃盖片表面做了特殊涂层，使之不易粘上沙尘，同时还运用最大功率跟踪技术，提高了对太阳能的利用效率，减轻了供电部件的重量。

祝融号原定在2022年底苏醒。我国行星探测工程总设计师张荣桥认为，没有自主唤醒的最大可能是不可预知的火星沙尘累积，导致了火星车发电能力降低，从而不足以使它苏醒。

其实，祝融号是否苏醒已经不重要了，因为它已经完成了预定任务。到2023年4月24日，天问一号携带的13台有效载荷累计获取原始科学数据1800GB，形成了标准数据产品。科学研究团队通过对一手科学数据研究，已取得了一批原创性科学成果。

中国科学院国家天文台近日发布消息称，我国科研人员领导的国际合作研究团队在祝融号着陆区发现火星古风场改变沉积层序的证据，证实了风沙塑造出火星表面广泛分布的风沙地貌。

为服务我国未来火星探测任务，中国科学院地质与地球物理研究所魏勇研究团队，近日提出火星全球天气监测组网计划，通过发射四颗卫星、三颗同步轨道卫星和一颗极轨卫星，搭建“四点一体”的观测网络，实现火星天气的不间断持续监测，建立一个火星沙尘暴与天气监测预警体系。

（第一作者系南京信息工程大学科技史与气象文明研究院研究生，第二作者系南京信息工程大学科技史与气象文明研究院副教授）