沙丘揭示了火星上的大气风模式

第三只手烈

由机器学习产生的火星上的Barchan沙丘区域地图，带有推断的沙丘迁移和风向。学分:地球物理研究快报(2023)。DOI: 10.1029/2022GL102610

（）据美国物理学家组织网（汉娜·伯德）：火星是太阳系中探索最多的组成部分之一，然而在地球的行星邻居上总是有更多的发现要揭开。在地球上，我们能够通过直接测量来了解我们星球的气象活动，但在火星上，科学家们必须使用景观中的证据来辨别这些信息。

红色星球景观的一个特征是沙漠中的新月形沙丘，这是在沙子供应有限的地区由主要朝一个方向的风模式形成的新月形沙丘。这种风成沙丘受到地球表面大气环流的显著影响，发表在《地球物理研究快报》上的新研究发现，尺度小于100公里的局部地形(如岩石或冰陨石的深度撞击坑)可以偏转风，并导致新月形沙丘形成的变化。

Technion以色列理工学院助理教授Lior Rubanenko博士及其同事基于70多万个barchan沙丘的形态，使用机器学习来描述火星的风模式。这些数据是从火星勘测轨道飞行器上的专用相机拍摄的图像中获得的，火星勘测轨道飞行器是一艘自2006年以来一直围绕火星运行的航天器，旨在收集有关其地质和气候的信息。

机器学习组件被训练来自动描绘沙丘的形状，以绘制沙丘田地的地图。从这些图像中，科学家们确定了沙丘陡峭面(滑动面)的方向和从边缘伸出的顶端(称为角)。如果喇叭不对称，一个比另一个长，这表明多个风向的相互作用。

研究小组发现了一种独特的沙丘迁移模式，这种模式是由夏季大气环流模式引起的，这些模式指向中纬度地区和北极附近的气旋(围绕低压中心逆时针运动)。后者也被分解成一个较小的部分，经历相反的反气旋风向，作者特别归因于风穿过极地冰盖的影响。



新月形沙丘主要特征的示意图，风向从左向右，阴影滑动面代表沙丘最陡的部分，而两点是角，这里是不对称的。学分:地球物理研究快报(2023)。DOI: 10.1029/2022GL102610

在北纬45度以上，Rubanenko博士和他的同事发现沙丘迁移模式主要是向东的，与气旋性极地涡旋环流相匹配，而在北纬45度以下，沙丘迁移模式是向南的。局部风况对地形特征水平尺寸为10-50公里的区域影响最大，但当地标尺度超过100公里时影响很小，反而会受到更大的行星风系统的影响。

然而，机器学习项目的一个限制是，它没有充分考虑昼夜和跨季节变化的风况的复杂性，而是专注于更长期的模式。它还在地形变化明显的地区挣扎，如水手谷、Hellas和Argyre的较大撞击坑，沙丘分散在更大的区域。

这些陨石坑就像是沙坑，为沙丘区域的形成提供了充足的物质，沙丘区域越深，就越靠近陨石坑盆地的中心。陨石坑内的迁移可能是由吹下山坡的强风引起的。



火星上带有沙丘地带的撞击坑聚集在地势较浅的陨石坑边缘，而不是聚集在较深陨石坑的中心。学分:地球物理研究快报(2023)。DOI: 10.1029/2022GL102610

虽然需要对机器学习技术进行更多的改进，但这里的初步研究在测试时确实跟踪了真实数据，并与沙尘暴期间风沙方向的表面证据相匹配。

像在地球上一样，行星尺度的环流模式显示了从火星两极向赤道移动的总体趋势，在中纬度地区出现了中断。了解火星上的大气环流模式对于支持火星的载人任务和未来可居住性的前景非常重要。