北京時(shí)間 8 月 3 日上午消息，據(jù)報(bào)道，2020 年底，行星科學(xué)家馬雷克?斯利夫斯基 (Marek Slipski) 每天凝視計(jì)算機(jī)屏幕很長(zhǎng)時(shí)間，他花費(fèi)大量時(shí)間仔細(xì)研究火星大氣層圖像：放大、調(diào)整色彩對(duì)比度、增強(qiáng)圖像亮度、調(diào)換圖像區(qū)域顏色。據(jù)了解，斯利夫斯基是美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 (JPL) 一位資深博士后研究員，近年來(lái)他致力于搜尋火星云層特征，盡管他編寫(xiě)了一個(gè)算法用于完成火星云層勘測(cè)任務(wù)，但結(jié)果卻喜憂參半，因此他只能使用肉眼觀察圖像數(shù)據(jù)。
▲ 美國(guó)宇航局“觀云項(xiàng)目”要求民眾在火星勘測(cè)軌道器采集的火星大氣層圖像中尋找類(lèi)似的拱形特征，從而證明云層的存在。
令人意想不到的是，很快斯利夫斯基就收獲頗豐，他發(fā)現(xiàn)每個(gè)火星云群的高度和亮度均有差異，斯科夫斯基說(shuō)：“我觀察了大約一個(gè)星期，當(dāng)時(shí)的反應(yīng)是：好吧，這得多花點(diǎn)時(shí)間，回想當(dāng)時(shí)的情景，如果有人幫忙就好了！”
巧合的是，美國(guó)宇航局剛呼吁民眾踴躍參加“公民科學(xué)種子基金項(xiàng)目”，這將給太空愛(ài)好者們一個(gè)參與頂尖研究的機(jī)會(huì)，斯科夫斯基和阿明?克雷恩博赫 (Armin Kleinbohl) 立即開(kāi)始起草一份提案 —— 勘測(cè)識(shí)別火星大氣中間云層。云層漂浮在距離火星表面 50-80 公里高處，從火星氣候探測(cè)器的觀測(cè)數(shù)據(jù)中可以看到，環(huán)繞火星的勘測(cè)儀器能測(cè)量火星云層溫度、冰和塵埃含量。
經(jīng)過(guò)數(shù)周的貝塔測(cè)試，6 月底名為“觀測(cè)火星云層”的項(xiàng)目在“宇宙動(dòng)物園”平臺(tái)上啟動(dòng)，該平臺(tái)上有數(shù)百個(gè)民眾項(xiàng)目，大約有 2600 位志愿者加入其中，他們?cè)谡搲献晕医榻B，并鉆研分析氣候探測(cè)儀繪制的不同高度、位置和一天中不同時(shí)間段的火星大氣圖像。志愿者僅需要一臺(tái)電腦和互聯(lián)網(wǎng)接入就可以投稿，因?yàn)閿?shù)據(jù)是通過(guò)瀏覽器內(nèi)嵌的可視化工具進(jìn)行查看，該工具還附帶一個(gè)快速上手的可選教程。
▲ 6 月底名為“觀測(cè)火星云層”的項(xiàng)目在“宇宙動(dòng)物園”平臺(tái)上啟動(dòng)，該平臺(tái)上有數(shù)百個(gè)民眾項(xiàng)目，大約有 2600 位志愿者加入其中，他們?cè)谡搲献晕医榻B，并鉆研分析氣候探測(cè)儀繪制的不同高度、位置和一天中不同時(shí)間段的火星大氣圖像。
組成“觀云小組”的 5 位研究人員希望該項(xiàng)工作能夠揭示火星全球天氣模式，以及為什么火星大氣層比地球大氣層更稀薄，甚至幫助我們理解曾經(jīng)存在于火星表面的液態(tài)水是如何逃逸到太空。“觀云小組”副首席研究員克雷恩博赫說(shuō)：“我們通過(guò)‘公民科學(xué)種子基金項(xiàng)目’獲得的氣候?qū)W數(shù)據(jù)將比迄今所有火星大氣勘測(cè)數(shù)據(jù)更加全面?！?/p>
克雷恩博赫對(duì)火星云層的形成過(guò)程很感興趣，火星云層主要是由二氧化碳 (干冰) 或者水冰組成，含二氧化碳成分較高的云層將有助于揭示火星大氣結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)，以及導(dǎo)致極低溫的條件，因?yàn)楣虘B(tài)二氧化碳的凝結(jié)溫度通常比火星大氣的凝結(jié)溫度更低；而含水冰成分較高的云層可能會(huì)告訴我們水蒸汽的存在，以及可能負(fù)責(zé)將水蒸汽運(yùn)輸?shù)礁吆０螀^(qū)域的過(guò)程。
火星氣候探測(cè)儀是火星勘測(cè)軌道飛行器裝載的 6 個(gè)儀器之一，該飛行器自 2006 年以來(lái)一直環(huán)繞火星運(yùn)行，它配備了 9 個(gè)頻道，每個(gè)頻道都調(diào)諧到不同波長(zhǎng)可見(jiàn)光或得紅外光，并繪制出火星表面至 80 公里高空范圍內(nèi)的熱輻射圖。雖然該氣候探測(cè)儀不是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于研究大氣活動(dòng)，但是執(zhí)行任務(wù)的科學(xué)家們立即注意到熱輻射圖中突出拱形特征暗示著火星云層的存在。他們發(fā)現(xiàn)這些拱形特征是由于航天器沿著火星軌道運(yùn)行時(shí)，云層和紅外傳感器之間角度發(fā)生變化導(dǎo)致的，當(dāng)探測(cè)儀靠近云層時(shí)，云層似乎更接近地面 (這類(lèi)似于我們觀察地球自轉(zhuǎn)時(shí)，太陽(yáng)在天空中以一個(gè)明顯的拱形結(jié)構(gòu)升起和落下)。因此，拱形特征的最高點(diǎn)代表了火星云層距離表面的真實(shí)最大高度。
在這項(xiàng)“觀云項(xiàng)目”中，公民科學(xué)家使用一種點(diǎn)擊工具來(lái)識(shí)別在不同高度和時(shí)間的氣候探測(cè)儀熱輻射圖中找到的任何拱形峰值，每張圖像顯示在 4 個(gè)不同幀中 (原始幀和其他三個(gè)不同對(duì)比度和亮度的幀)。同時(shí)，他們還可以改變顏色來(lái)發(fā)現(xiàn)顏色特別暗淡的拱形峰值，或許這是人為操作失誤所致，畢竟不同用戶對(duì)相同圖像標(biāo)記完成之前，他們的認(rèn)知度存在一定差異性。
據(jù)悉，斯利夫斯基和克雷恩博赫在“觀云網(wǎng)站 (Cloudspotting)”上傳大約 4 個(gè)半月的火星大氣圖像，預(yù)計(jì)人們需要幾個(gè)月的時(shí)間來(lái)解讀，克雷恩博赫說(shuō)：“觀云項(xiàng)目對(duì)于深入分析火星大氣層具有重要意義，遠(yuǎn)超出我們之前的預(yù)期，在短短幾周內(nèi)，公民科學(xué)家仔細(xì)檢查了 6000 多張火星圖像 (超過(guò) 12 萬(wàn)種圖像分類(lèi))，平均每張照片中可發(fā)現(xiàn) 3-4 朵云?！?/p>
事實(shí)上，動(dòng)員民眾分析海量數(shù)據(jù)集并非什么新鮮事，之前科學(xué)家曾使用“宇宙動(dòng)物園”平臺(tái)對(duì)太空照片進(jìn)行分類(lèi)，實(shí)現(xiàn)地球降雨數(shù)字化記錄等，這是一種有利的研究方法，它涉及到尋找計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別、且過(guò)于隱蔽和復(fù)雜的天文學(xué)特征。美國(guó)哈弗福德學(xué)院天文學(xué)家凱倫?馬斯特斯 (Karen Masters) 是“宇宙動(dòng)物園”項(xiàng)目的首席研究員，她說(shuō)：“人類(lèi)已進(jìn)化了幾千年時(shí)間，在模式識(shí)別和過(guò)濾無(wú)關(guān)信息方面非常擅長(zhǎng)，人們的識(shí)別能力超越計(jì)算機(jī)還是相對(duì)容易的，但是與民眾合作也存在著一定挑戰(zhàn)性，即如何讓大家對(duì)該項(xiàng)目感興趣，并保持熱度?！?/p>
據(jù)悉，為了讓更多民眾參與“觀云項(xiàng)目”，研究團(tuán)隊(duì)在論壇上保持高度活躍性：和參與者一起解決問(wèn)題，對(duì)民眾發(fā)現(xiàn)的任何拱形特征進(jìn)行回應(yīng)和分析，并延伸展開(kāi)關(guān)于火星科學(xué)的討論，例如：一位項(xiàng)目參與者提問(wèn)：如何識(shí)別火星大氣拱形特征，以及如何幫助未來(lái)載人飛船在火星大氣層中航行？7 月 15 日，斯利夫斯基召開(kāi)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，讓民眾科學(xué)家有機(jī)會(huì)與研究團(tuán)隊(duì)見(jiàn)面，研討會(huì)上他明確表示，探測(cè)器飛進(jìn)含水冰較高的火星大氣層是不可以的！
觀云研究小組并不指望參與者能夠獲取來(lái)自氣候探測(cè)器的所有數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是在 8 個(gè)火星年中采集的 (大約相當(dāng)于 16 個(gè)地球年)，一旦分析了具有代表性的幾年勘測(cè)數(shù)據(jù)，斯利夫斯基希望能使用云特征來(lái)匹配自己的算法，從而獲得更可靠的結(jié)果。最終，這將提供一個(gè)最全面、長(zhǎng)期的勘測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，科學(xué)家可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)資料更深入地洞察火星大氣層遠(yuǎn)古時(shí)期和當(dāng)前的狀況。
波士頓大學(xué)行星科學(xué)家馬吉德?馬亞辛 (Majd Mayyasi) 雖未參與該項(xiàng)目，但他對(duì)于火星探索十分感興趣，他說(shuō)：“跨度 16 個(gè)地球年的火星勘測(cè)數(shù)據(jù)并非小數(shù)據(jù)，通過(guò)民眾深入觀察分析，相信未來(lái)不久會(huì)揭曉火星大氣中間層成分，以及低大氣層和高大氣層中水和云層的特性，揭示它們是如何結(jié)合在一起的?！?/p>
馬亞辛曾研究水如何從火星電離層逃逸至太空，目前他指出，水如何從表面?zhèn)鬏斨粮吆０挝恢玫倪^(guò)程中，大氣云層發(fā)揮著重要作用。
斯利夫斯基說(shuō)：“這是火星大氣層從遠(yuǎn)古溫暖潮濕的星球演變成現(xiàn)今寒冷干燥環(huán)境的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，在民眾科學(xué)家的幫助下，‘觀云團(tuán)隊(duì)’希望在 2023 年初發(fā)布初步結(jié)果，一旦整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)被分析公布，他們將擴(kuò)展此項(xiàng)工作，進(jìn)而更全面描述整個(gè)星球上云層數(shù)量和氣候模式，并且詳細(xì)了解灰塵、水蒸汽和二氧化碳是如何在火星大氣層中變遷移動(dòng)的?！?/p>
然而，當(dāng)前仍有大量數(shù)據(jù)需要深入分析，據(jù)悉，兩周前觀云團(tuán)隊(duì)發(fā)布了第二批火星圖像，大約 12000 張，相當(dāng)于 8 個(gè)地球月的大氣層勘測(cè)數(shù)據(jù)，供民眾科學(xué)家繼續(xù)分類(lèi)。
預(yù)計(jì)公民科學(xué)項(xiàng)目在未來(lái)兩年內(nèi)仍保持一定的活躍度，火星氣候探測(cè)器在 2022 年底 (或許更長(zhǎng)時(shí)間，如果美國(guó)宇航局決定延長(zhǎng)該探測(cè)器勘測(cè)任務(wù)) 將持續(xù)發(fā)送火星大氣層勘測(cè)圖像，克雷恩博赫說(shuō)：“我希望能夠積累更多火星年的勘測(cè)數(shù)據(jù)，希望一直到十年結(jié)束，從而建立一個(gè)確定、詳細(xì)的火星大氣氣候?qū)W理論?！?/p>
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