回收再利用技术用于探测火星大气层的新区域

火星快车号（ExoMars）的痕量气体轨道飞行器上的天线重获新生，帮助研究人员前所未有地深入探索火星大气层。

利用这一重新改造的设备，包括伦敦帝国理工学院研究人员在内的一个团队测量了火星大气层中以往无法探测到的部分。这包括如果不妥善考虑会阻挡无线电信号的区域——这对未来的火星居住任务至关重要。

帝国理工学院研究人员和欧洲航天局（ESA）同事在整个欧洲分析的首83次测量结果，今天已发表在《无线电科学》杂志上。

这项创新技术很可能成为未来任务的转折点 雅各布·帕罗特

为实现这一目标，“火星快车号”的痕量气体轨道飞行器（TGO）与欧洲航天局的另一艘绕火星运行的飞船“火星快车号”（MEX）联手。这两艘飞船保持无线电连接，以便当一艘飞船绕到火星后面时，无线电波能够穿透火星大气层的更深处。

大气折射率的变化（即大气如何弯曲无线电波）会在飞船接收到的无线电频率上造成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中的电子密度——电离层是大气层的一个带电上层。这种技术称为相互无线电掩星。

该研究的主要作者、帝国理工学院物理系的博士生雅各布·帕罗特说：“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了在轨道器和星球表面上的探测车之间进行通信。我们不得不在飞行中重新编程，以执行这项新的科学研究。

“这项创新技术很可能成为未来任务的转折点，证明两个绕轨航天器之间的相互无线电掩星是一种利用现有设备提取更多科学价值的经济有效的方式。”

梦幻般的团队合作

此前，无线电掩星是通过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。随着飞船“设置”（被掩星）在火星后面，飞船的无线电信号会被监测，这意味着信号穿过了火星大气层的各个层。

然而，这种方法在火星上之前仅被使用过三次；NASA在2007年将其作为硬件演示进行了测试。这两个欧洲航天局飞船的新用途标志着该技术首次被常规应用于另一颗行星。

现在，其可行性已经得到证实，参与这项工作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这项技术的应用。

该研究的合著者、欧洲航天局ExoMars痕量气体轨道飞行器和火星快车号项目科学家科林·威尔逊博士说：“欧洲航天局现在已经证明了这项技术的可行性，这项技术可能会在未来彻底改变火星科学。目前有七艘飞船绕火星运行；随着未来几十年飞船数量的增加，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，更多见解

航天器之间的掩星允许进行更多测量，并允许探测大气层的新区域。

由于火星上的传统无线电掩星测量涉及与地球上地面站的无线电链路，因此测量位置相对于地球缓慢的移动是固定的。这使得很难捕捉到火星上的全球变化，因为研究人员经常观察的是同一个地点。此外，由于地球离太阳很近，这种方法只能在日落和日出附近进行采样，限制了我们对火星大气的观察。

此外，传统的无线电掩星还存在“掩星季节”，即由于飞船的轨道，每年只有几个月可以进行测量。例如，火星快车号在2022年只能在两个月内进行无线电掩星。

相互无线电掩星克服了这些问题，使研究人员能够首次在中午和午夜时分探索火星电离层的整个深度。