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火星沙尘旋风之谜经模拟揭秘

火星沙尘旋风之谜经模拟揭秘

美国国家航空航天局探测器拍摄到的火星沙尘旋风

  日本理化学研究所计算科学研究机构的一个研究小组,日前利用超级计算机“京”进行超高解析度模拟,再现了火星大气中的“沙尘旋风”,并在统计学上了解了尘埃旋风的规模和强弱。

  地球沙漠地区有时会在晴天突然出现旋风。由于旋风会卷起大量沙尘,因此被称为沙尘旋风。火星上沙尘旋风频发,有时巨大的沙尘暴甚至会覆盖整个火星。

  火星大气中的沙尘对气象影响巨大,但科学家对这些沙尘的数量和分布并不十分了解。美国国家航空航天局(NASA)从1970年代至2000年实施的多次火星探测发现,火星表面各处均存在沙尘旋风。但由于观测到的沙尘旋风数量有限,且都是静止画面或动画,无法得到准确信息,因此,推测的火星旋风规模和强度误差较大,对其统计学上的性质也不甚了解。

  为此,研究小组以该所开发的“大气漩涡模拟”数据模型设定火星大气数值,利用超级计算机“京”进行模拟运算。在对流活动最为活跃的夏季,他们将水平和垂直方向各约20公里幸运28的区域分幸运28割成500亿幸运28个立方体格子,经过200小时的模拟运算,成功产生了3000个以上的尘埃旋风,即在1平方公里范围内存在8个以上沙尘旋风。其规模从水平半径数米至数百米,强度为每秒一米至每秒数十米的风速。研究人员从大量模拟案例中通过逆向推测,得到了沙尘旋风半径、最大风速、气压等数据,然后经对沙尘旋风规模和强弱的统计学分析,明确了何种规模的沙尘旋风会以何种频度发生。

  据悉,研究小组还将继续通过反复模拟,了解沙尘旋风发生季节和地点的差异,以期为将来实现火星天气预报及人类登陆火星创造条件。

  此次研究成果发表在美国科学杂志《地球物理研究快报》和《地球与空间科学新闻》上。