The radioscience LaRa instrument onboard ExoMars 2020 to investigate the rotation and interior of Mars
LaRa（Lander Radioscience）是ExoMars 2020任务中的一项实验，该实验利用由于与火星表面相连的ExoMars平台相对于地球地面站（例如美国宇航局的深空网络站）的运动而产生的无线电链路上的多普勒频移，以精确测量火星上的着陆器相对于地球的相对速度。LaRa测量将提高对火星内部深处结构和过程的理解，与以前的飞行任务相比，它将以更高的精度获得火星的旋转和定向。在本文中，我们提供了到目前为止所做的分析，以最好地实现这些目标。我们解释地球物理观测，将达到与拉（日长变化，岁差，章动，并可能极运动）。我们开发了实验设置，其中包括地球上的地面站（所谓的地面段）。我们描述的仪器，即转发器和它的三个天线。我们进一步详细说明了链路预算和将达到的预期噪声水平。最后，我们详细介绍了预期的结果，其中包括解释我们将如何确定火星的方位参数，以及我们将如何从中推断火星的内部结构和火星的大气。最后，我们将简要解释如何确定Surface平台的位置。
2019-10-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Methane on Mars: New insights into the sensitivity of CH4 with the NOMAD/ExoMars spectrometer through its first in-flight calibration
火星发现天底和掩星仪器（NOMAD）搭载在火星外痕量气体轨道器（TGO）航天器上，旨在观察火星的太阳掩星、天底和边缘几何形状，并将能够产生大量不同的数据，主要集中在大气层的特性上。仪器的红外通道通过将中阶梯光栅光谱仪与声光可调谐滤波器（AOTF）相结合来操作。使用飞行中的数据，我们的仪器性能和参数化的校准。特别是：实现了精确的频率校准，以及由于光栅上的热效应而引起的频率变化。我们还对AOTF的特性和传递函数进行了量化，并开发和测试了一种实用的方法来计算通过耦合光栅+AOTF系统传输的光谱连续谱。校准结果使人们能够前所未有地深入了解NOMAD对大气中甲烷丰度的敏感性这一重要问题。我们还深刻的特点，其性能在不同的气溶胶丰度的现实条件下，不同的反射率和不断变化的照明条件下，预计在名义上的任务。结果表明，在低气溶胶条件下，NOMAD单光谱，1-sigma的灵敏度CH4在20公里的高度时，太阳掩星约为0.33 ppbv，并优于1 ppbv低于30公里。在沙尘条件下，我们表明，灵敏度下降到0低于10公里。在最低点几何，结果表明，NOMAD将能够产生季节性地图的CH4的灵敏度约为5 ppbv的大部分行星的表面与空间整合超过5x5度箱。结果还表明，这样的数字可以提高10至30倍的数据合并。总的来说，我们的研究结果量化了NOMAD解决火星气候变化问题的能力。
2018-10-12 astro-ph.EP
Spectroscopic study of olivine-bearing rocks and its relevance to the ExoMars rover mission
我们提出了三个地球类似物的火星橄榄石轴承岩石来自实验室和飞行衍生的分析仪器的成分分析。在第一步中，最先进的光谱（XRF、NIR和拉曼）和衍射（XRD）实验室系统被互补使用。除了提供样品的详细矿物学和地球化学表征外，结果比较还揭示了拉曼和近红外技术结合使用所确保的优势，这些光谱仪器将很快在火星上部署（2021年），作为ExoMars/ESA漫游车有效载荷的一部分。为了从ExoMars/拉曼激光光谱仪（RLS）获得的矿物学数据中推断出有价值的指标，然后将实验室结果与通过RLS ExoMars模拟器收集的分子数据进行了比较。除了正确识别所有主要相（长石、辉石和橄榄石）外，RLS ExoMars模拟器还证实了补充技术未检测到的其他次要化合物（即赤铁矿和磷灰石）的存在。此外，关于橄榄石颗粒的深入研究，RLS ExoMars模拟器能够有效地检测到820和850 cm-1附近的特征双峰的移动，从中可以推断出所分析晶体的Fe-Mg含量。考虑到橄榄石是ExoMars着陆点（Oxia Planum）的主要矿物相之一，这项研究表明ExoMars/RLS系统有可能提供有关火星上橄榄石元素组成的详细信息。
2021-01-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Reflectivity of Mars at 1064 nm: Derivation from Mars Orbiter Laser Altimeter Data and Application to Climatology and Meteorology
火星全球探测器（MGS）上的火星轨道器激光高度计（MOLA）通过主动探测和被动辐射测量法对火星在1064 nm处的反射率（$R_{1064}$）进行了$> 10^{8}$测量。过去对$R_{1064}$的研究忽略了大气不透明度和观测几何对主动和被动测量的影响，并确定了被动辐射测量的潜在校准问题。因此，到目前为止，还没有可接受的参考$R_{1064}$，以获得一个柱不透明度产品的大气研究和规划未来的轨道激光雷达观测。这里，通过寻求$R^{M,N}_{1064}$来导出这样的参考$R_{1064}$：在清晰条件下的Minnaert校正法向导数，并假设最小相位角依赖性。在较暗的表面，$R^{M,N}_{1064}$和大气不透明度的绝对水平估计从主动探测。在所有表面上，来自主动探测的不透明度用于排除在不透明条件下进行的被动辐射测量，并估计$R^{M,N}_{1064}$。这些后一种估计，然后重新校准的比较$R^{M,N}$来自哈勃太空望远镜（HST）的观测近似均匀的反射率的地区。从重新校准的被动辐射测量估计的$R^{M,N}_{1064}$通常同意HST观测在10%以内。由此产生的$R^{M,N}_{1064}$，然后用来推导和量化的不确定性的列不透明度产品，它可以应用于气象和气候研究的火星，特别是检测和测量中尺度云/气溶胶结构。
2017-01-27 astro-ph.EP
Energy-Limited Radiolytic Habitability in the Shallow Martian Subsurface: Implications for ExoMars Rosalind Franklin and Tianwen-3
Space Exploration Laboratory（太空探索实验室）；Center for Astrophysics and Space Science（天体物理学与空间科学中心）；New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）
本研究耦合GCR输运与辐射分解化学模型，量化火星浅层地下辐射分解能量，发现H2保留主导宜居性，预测低密度辐射分解宜居带，为ExoMars和天问三号提供可测试框架。
2026-06-23 astro-ph.EP
Mars Reconnaissance Orbiter's Mars Color Imager (MARCI): A New Workflow for Processing Its Image Data
自2006年底以来，火星勘测轨道飞行器（MRO）的火星彩色成像仪（MARCI）几乎每天都返回火星的全球图像数据，从紫外线到近红外线，多达七种不同的颜色。到目前为止，这是超过5300个火星日的数据，近8个完整的火星年，或超过15个地球年。这些数据以每像素近500米的速度采集，MRO的近圆形轨道及其一致的午后成像提供了前所未有的数据基线，可用于研究火星的大气和表面过程。不幸的是，处理MARCI数据是困难的，充满了爆炸性的文件大小，需要在自由软件中解决的问题，以及其他使其成为严重未充分利用的数据集的问题。本文讨论了充分处理MARCI数据的工作流程，包括如何解决MARCI特有的问题以及数据如何与当前版本的免费软件ISIS（成像仪和光谱仪集成软件）一起工作的建议。讨论了一些贸易，可以大大加快数据处理的描述。处理后的MARCI图像，马赛克和颜色合成的例子显示，展示了这种工作流程的能力，在全球，区域和局部地区的完整，96像素每度的规模提供的MARCI。
2022-05-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Mars Orbiter Magnetometer of Tianwen-1: In-flight Performance and First Science Results
火星轨道器磁测仪（MOMAG）是我国首次火星探测任务“天问一号”的轨道器上搭载的科学仪器。它从2021年11月13日开始对火星周围从太阳风到磁堆积区的磁场进行常规测量。在这里，我们介绍了它的飞行性能和第一个科学结果的基础上，第一个一个半月的数据。通过与火星大气和挥发物演化卫星（MAVEN）观测的太阳风磁场资料对比，MOMAG观测的太阳风磁场在量级上处于同一水平，在三个分量上都能发现相同的磁场结构和相似的变化规律。在最初的一个半月里，我们从MOMAG数据中识别出158个清晰的弓形激波（BS）交叉点，其位置与模拟的平均BS在统计上匹配得很好。我们还确定了天问一号的轨道器和MAVEN的5对同时BS交叉。这些BS交叉确认全球形状的建模BS以及南北不对称的火星BS。本文提出的两个例子表明，BS可能是更动态的侧翼比鼻子附近。到目前为止，MOMAG表现良好，并提供准确的磁场矢量。MOMAG正在持续扫描火星周围的磁场。这些测量加上MAVEN的观测无疑将增进我们对火星等离子体环境的了解。
2023-01-02 astro-ph.EP physics.space-ph
Mawrth Vallis, Mars: a fascinating place for future in situ exploration
在火星科学实验室探测器成功着陆后，美国宇航局和欧空局分别启动了Mars 2020和ExoMars任务潜在着陆点的选择过程。位于Mawrth Vallis地区的两个椭圆在一系列会议期间被提出和评估（Mars 2020任务3次，ExoMars 5次）。我们在此描述两个拟议椭圆的区域背景以及这两个特派团的目标框架。重点科学目标的椭圆和他们的天体生物学利益的报告。这项工作证实了所提出的椭圆包含多个过去火星的地面，地下和/或水下特征的潮湿环境，在其中探测火星过去的气候，建立一个广泛的图片可能过去的可居住环境，评估其外星生物学的潜力，并在保存完好的岩石中寻找生物特征。一个任务场景，包括几个关键的调查，在每个漫游者的名义上的任务，以及网站如何满足科学的要求和期望，在原地火星探测的描述。这些都是未来探索Mawrth Vallis地区新任务的基础，并描述了人类探索火星资源和科学发现的机会。
2021-01-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
Study of Exospheric Neutral Composition of Mars observed from Indian Mars Orbiter Mission
利用印度于2013年11月5日发射的火星轨道器任务所载火星外大气层中性成分分析仪有效载荷进行的观测，检索并分析了2014年9月至2015年10月期间火星外大气层组成的原始数据。状态参数，即纬度，经度，高度和太阳天顶角覆盖的不同外逸层成分的分压的确定和分配，以丰富有用的数据与轨道同化，特别是在250和500公里之间的高度范围内的主要利益。除了得到北半球冬季各轨道平均分压廓线的结果外，还研究了总压和分压的变化与主要大气成分的分布及其对太阳活动的依赖关系。特别是，CO2和O的变化被认为是由于光解离和光电离的任何差分效应在一起。本文讨论了由于日平均太阳黑子数量减少而导致的密度逐渐减小以及CO2和O压力对太阳高能粒子事件的强烈响应的结果，例如2014年12月24日的太阳耀斑。
2020-08-25 astro-ph.EP physics.space-ph
In-flight Calibration of the Magnetometer on the Mars Orbiter of Tianwen-1
火星轨道器磁强计（MOMAG）是天问一号轨道器上的七个科学有效载荷之一。与大多数卫星不同的是，天问一号的轨道器没有进行磁力清洁，放置磁力计传感器的吊杆也不够长。这些都给磁场数据处理带来了许多挑战。本文介绍了天问一号/MOMAG的空中标定过程。该方法依次消除了航天器产生的动态磁场和缓慢变化的偏移量等磁干扰。然后将校准后的磁场数据与来自火星大气和挥发物演化（MAVEN）的数据进行比较。我们发现两个观测资料在太阳风中的一些物理结构是一致的，太阳风中的磁场强度分布也非常相似。这些结果表明，MOMAG的飞行校准是成功的，MOMAG为科学研究提供了可靠的数据。
2023-02-09 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.space-ph
Photon Spacecraft and Aerocapture: Enabling Small Low-Circular Orbiters at Mars and Venus
针对Photon难以独立将小型探测器送入火星与金星低圆轨道的问题，研究提出结合阻力调制气动捕获以节省2至3.5 km/s ΔV，从而降低质量与成本并支持频繁小型轨道任务。
2023-10-02 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.app-ph
An Extremely Elongated Cloud over Arsia Mons Volcano on Mars: I. Life Cycle
我们报告了一个以前未被注意的每年重复的现象，包括每天形成一个极其细长的云，向西延伸1800公里，从阿尔西亚山。它发生在太阳经度（Ls）范围约220-320之间，大约在冬至。我们使用来自不同轨道器的图像来研究Arsia Mons Elongated Cloud（AMEC），这些轨道器包括ESA Mars Express，NASA MAVEN，Viking 2，MRO和ISRO Mars Orbiter Mission（ISRO）。我们详细研究了AMEC在火星年（MY）34在当地时间和Ls，并发现它表现出一个非常快速的日常周期：云的增长开始之前，日出在火山的西坡，随后向西扩张，持续2.5小时，在中间层（约45公里以上的areoid）的速度约为170米/秒。云的形成然后停止，它从它的形成点分离，并继续向西移动，直到它在下午之前蒸发，当大多数太阳同步轨道器观察。此外，我们比较研究了不同年份（即MYs 29-34）的观测结果，以寻找年际变化，发现MY 33的云表现出较低的活动，而MY 34的云的形成比其他年份推迟，最有可能是由于全球沙尘暴。这种现象发生在火星上普遍缺乏云的季节。在本文中，我们专注于观察，理论解释将是另一篇论文的主题。
2021-03-05 astro-ph.EP
Martian water ice clouds during the 2018 global dust storm as observed by the ACS-MIR channel onboard the Trace Gas Orbiter
ExoMars痕量气体轨道器（TGO）ESA-Roscoplant任务上的大气化学套件（ACS）仪器于2018年3月开始科学运行。ACS中红外（MIR）通道主要提供2.3 - 4.2 $μ$ m光谱范围内的火星大气的太阳掩星观测。在这里，我们使用这些观测来描述MY 34全球沙尘暴（GDS）之前和期间的水冰云。我们开发了一种方法来检测水冰云的平均粒径$\leq$ 2 $μ$米，并将其应用到观测之间收集的$L_s=165^\circ$和$L_s=243^\circ$。我们观察到水冰云的最大高度从GDS前的约60公里到风暴期间的90公里以上。这些非常高的高度，小尺寸（$r_\mathrm{eff} \leq 0.3$ $μ$ m）的水冰云在MY 34期间比非GDS年份在同一季节更频繁。颗粒大小经常随海拔高度而减小，在给定的剖面内局部减小，在整个数据集中全局减小。我们观察到，在GDS期间，对于某些尺寸，观察到给定尺寸的最大高度可以增加数十公里。在GDS期间，我们特别注意到一些大的水冰粒（$r_\mathrm{eff}\geq1.5$ $μ$ m）在令人惊讶的高海拔（50 - 70 km）。这些结果表明，GDS可以显着影响高空水冰云的形成和性质相比，通常的近日点尘埃活动。
2020-02-18 astro-ph.EP
Possibility of microscopic liquid water formation at landing sites on Mars and their observational potential
显微镜下的液体盐水，特别是高氯酸钙，可能会在夜间在火星上潮解而出现。利用气候模型计算和轨道湿度观测，比较了过去、现在和未来各着陆点的理想周期及其年和日特征。这些结果为今后的分析和下一次火星飞行任务的相关观测提供了背景。根据分析，在大多数（但不是所有）过去的任务着陆点，微观盐水可能会在夜间出现不同的持续时间。分析ExoMars漫游者在Oxia Planum的主要着陆点的条件，发现最佳年周期在$L_s$ 115 - 225之间，在$Local\hspace{0.1cm} Time$ 2 - 5，午夜之后。在理想的情况下，可以在那里出现4小时的连续液相。局部条件可能导致值与模型估计的值不同。热惯性尤其会造成这种差异（低TI值有利于快速冷却和松散表面上的$\textrm{H}_2\textrm{O}$冷捕获），风化层中高氯酸钙盐的浓度也会影响这一过程（它可能优先发生在长期暴露的表面，而最近没有松散的灰尘覆盖）。在确定未来火星液态水观测目标时，应考虑这些因素。
2016-09-26 astro-ph.EP
No detection of SO2, H2S, or OCS in the atmosphere of Mars from the first two Martian years of observations from TGO/ACS
在火星大气中探测到硫物质将是火星表面火山放气的有力指标。我们希望确定火星大气中是否存在SO2、H2S或OCS，或者在没有检测到的情况下确定其浓度的上限。我们进行了全面的分析，从大气化学套件仪器的中红外通道的太阳掩星数据，在火星34和35年期间获得的ExoMars微量气体轨道器。对于最佳的灵敏度条件，我们确定1-sigma上限SO2在20 ppbv，H2S在15 ppbv，和OCS在0.4 ppbv;最后一个值是低于任何以前的上限OCS在文献中。我们没有发现任何证据表明这些物种高于3西格玛置信阈值。因此，我们推断，被动火山放气的SO2必须低于2千吨/天。
2021-11-19 astro-ph.EP
Observations of Ultrafast Kelvin Wave Breaking in the Mars Thermosphere
超快开尔文波（UFKW）最近在火星上被发现，使用火星大气和演化（MAVEN）加速度计（ACC）仪器和火星侦察轨道器（MRO）火星气候声音（MCS）仪器进行测量[1]。UFKW向东传播，有2-3个太阳周期，有足够长的垂直波长传播到热层，并被经典波动理论预测为赤道捕获。这些先前的测量在两个相对较窄的高度带上表征了UFKW，其中一个测量高度接近80公里，第二个接近150公里。由MAVEN机载极紫外线监测器（EUVM）进行的太阳掩星（SO）测量的热层密度剖面[2]提供了一种表征多溶胶周期波（包括UFKW）随高度变化的方法。在这项研究中，我们提出了有史以来第一次观测的UFKW作为高度的函数，包括观测到的快速波能量耗散附近170公里的波破碎指示。
2019-05-15 astro-ph.EP
Valuing life detection missions
最近的发现表明，早期的火星是适合生命居住的，正如我们所知道的那样;土卫二可能是适合居住的;许多恒星都有地球大小的系外行星，其太阳能有利于表面液态水。这些令人兴奋的发现使现在正在建造的航天器-火星2020，ExoMars漫游者，JWST，Europa Clipper -更有可能找到可居住或以前可居住的环境。在这些环境中有生命吗？鉴于资源有限（美国每十年100亿美元），我们如何才能最好地检验生命第二起源的假设？在这里，我们首先陈述支持和反对飞行生命探测任务的理由。接下来，我们假设生命探测任务将很快发生，并提出了一个框架来比较不同的生命探测任务的价值：科学价值=（到达x把握x确定性x回报）/ \$在讨论了这个框架中的每一个术语后，我们得出结论，如果生命探测任务作为假设检验飞行的科学价值最大化。通过假设检验，即使没有检测到也有科学价值。
2018-02-25 astro-ph.EP
Mars moon ephemerides after 14 years of Mars Express data
自2004年以来，火星快车（MEX）任务一直在火星周围成功运行。在众多成果中，MEX提供了两颗火星卫星火卫一和火卫二的一些最准确的天体测量数据。在这项工作中，我们提出了新的星历表的火星卫星受益于所有以前公布的天体测量数据，最新的MEX SRC数据。总而言之，包括从1877年到2018年的观测，包括从水手9号到MEX的航天器测量。假设一个均匀的内部，我们拟合火卫一的强迫天平动振幅同时与火星潮汐k2/Q比和初始状态的卫星。我们的物理天平动解为1.09 +/-0.01度，明显偏离均匀解。但是考虑到非常低的误差条，这可能基本上表明在未来考虑具有改进的旋转模型的更高阶谐波的必要性。虽然大多数数据可以成功地拟合，但我们发现火星勘测轨道飞行器和火星快车天文测量数据之间在公里级上存在分歧，这可能与有偏见的相位校正有关。目前的解决方案的精度预计在几百米的火卫一和几百米的火卫二在未来几年的水平。我们新的星历表的真正准确性必须通过与独立的观测手段进行对抗来证实。
2021-01-05 astro-ph.EP
A Two Martian Years Survey of Water Ice Clouds on Mars with ACS onboard TGO
自2018年3月以来，ExoMars痕量气体轨道器（TGO）ESA-Roscoplant任务机载大气化学套件（ACS）仪器的中红外（MIR）通道在2.3-4.2 $μ$ m光谱范围内对火星大气进行了太阳掩星测量，现在覆盖了两个火星年（MY）。我们使用先前为研究MY 34全球沙尘暴（GDS）而开发的方法（Stcherbinine等人，2020年），以监测ACS-MIR覆盖的前两个火星年的火星水冰云的特性（有效半径，消光，高度）。观察结果包括MY 34的$L_s$ = 163°至MY 36的$L_s$ = 181°。我们确定，典型的云的高度变化由20至40公里之间的夏季和冬季，夏季在中纬度地区的最大延伸可达80公里。同样，我们还注意到，在有限的时间范围内，极地和中纬度地区的云层高度也有20至40公里的变化。我们还将MY 34 GDS期间获得的观测结果与MY 35同期的观测结果进行了比较，使用后者作为参考来描述GDS对云属性的影响。此外，我们将我们的检索结果与火星行星气候模型（PCM）的预测进行了比较，该模型显示了云层高度的总体合理一致性，尽管该模型通常预测云层顶部的高度较低。
2023-01-12 astro-ph.EP
High precision comet trajectory estimates: the Mars flyby of C/2013 A1 (Siding Spring)
C/2013 A1（赛丁泉）的火星飞越为成像长周期彗星并解析其核心和旋转周期提供了一个独特的机会。由于相遇距离小，相对速度高，从火星轨道航天器成功观测C/2013 A1的目标对彗星星历提出了严格的精度要求。这些要求很难满足，因为彗星是众所周知的高度不可预测的：天体测量观测可能会有很大的偏差，非引力摄动会影响彗星的轨迹。因此，甚至在遭遇之前，我们重新测量了数百张由地面和地球轨道望远镜获得的天体测量图像。我们还在2014年10月7日用火星勘测轨道器的高分辨率成像科学实验（HiRISE）相机观察了这颗彗星。特别是，这些HiRISE观测在确保轨道方面起了决定性作用，并揭示了平面外的非引力扰动比以前假设的要大。虽然由此产生的星历预测火星遭遇允许从火星轨道航天器观测彗星，遭遇后的观测显示与遭遇前的轨迹存在差异。我们通过采用旋转喷流模型来调和这种差异，旋转喷流模型是非引力扰动的高保真度模型，并提供了C/2013 A1的自旋极的估计。
2015-07-07 astro-ph.EP
Planetary Exploration Using CubeSat Deployed Sailplanes
对火星等类地行星的探索是使用轨道飞行器、着陆器和漫游车进行的。轨道飞行器上的照相机和仪器使得能够以低空间分辨率对火星进行全球测绘。火星科学实验室（MSL）等着陆器和漫游者携带最先进的仪器来表征小的局部区域。这在勘探能力上留下了一个关键的差距：绘制数百公里范围内的区域。在本文中，我们扩展了我们的工作立方卫星大小的滑翔机与不同的飞机配置和有效载荷的详细设计研究，确定通用的设计原则，自主滑翔机为基础的表面侦察和科学应用。我们进一步分析了潜在的机翼部署技术，包括传统的充气与硬化膜，使用复合充气，快速凝固泡沫。我们使用火星区域大气建模系统（MRAMS）对火星大气和可能的飞行模式进行了详细的建模，为NASA 2020年的火星车着陆点提供了逼真的大气条件。我们重新审视了火星滑翔机概念的可行性，将其与以前提出的解决方案进行了比较，并确定了为高海拔地面测试建立实验室原型的途径。最后，我们的工作将分析这项技术对探索其他有大气层的行星体的影响，包括金星和泰坦。
2019-10-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Detection and Quantification of Volatiles at Mars using a multispectral LIDAR
我们提出了一个概念，使用偏振敏感的多光谱激光雷达映射的季节性分布和交换的挥发性物质之间的水库的火星表面和大气。激光雷达仪器将是一种多波长、高度分辨、主动近红外（NIR，1.6微米左右有10个波段）仪器，用于测量行星表面和大气层后向散射辐射的反射强度和偏振。拟议的仪器将非常适合于前往火星的飞行任务，以全面调查挥发物和气溶胶的性质和季节分布。调查将包括大气尘埃和浓缩挥发物的丰度、表面和云/气溶胶颗粒的大小和形状、冰和尘埃粒子的微观物理学以及在极地昼夜多次飞越期间大气化学的变化。这种仪器对于测绘和探测最近在火星极地地区探测到的CO2霜冻现象以及H2O和CO2降水事件是理想的。在这里，我们讨论了这种仪器的适用性，以检测和映射最近发现的升华/沉积“模式翻转”布朗等人。（2016）使用火星侦察轨道器上的CRISM被动红外传感器。
2016-12-21 astro-ph.EP
Attitude Control of an Inflatable Sailplane for Mars Exploration
Univ. of Arizona（亚利桑那大学）
利用一系列着陆器、漫游者和轨道飞行器，对火星的探索已经成为可能。火星勘测轨道飞行器（MRO）上的HiRise相机拍摄了覆盖火星表面大片区域的高分辨率图像。然而，轨道图像缺乏从现场勘探中获得的深度和丰富的细节。火星科学实验室和即将到来的火星2020等漫游者携带最先进的科学实验室进行原位探索和分析。然而，它们只能在整个任务过程中覆盖火星的一小部分区域。我们在成像、提供服务和探索未来人类任务所需的火星表面大片区域的能力方面存在着关键的能力差距。一个很有希望的解决方案是开发一种侦察滑翔机，每小时飞行数十至数百公里。该飞机将配备成像仪，提供现场景深，覆盖范围与MRO等轨道资产相当。一个主要的挑战是，火星的二氧化碳大气层很薄，海平面的压力只有地球的1%。为了补偿，飞机需要高速飞行，并有足够大的机翼面积来产生所需的升力。充气机翼是一个很好的选择，因为它们具有最低的质量，并可用于改变形状（变形）取决于空气动力学或控制要求。在本文中，我们提出了我们的设计，能够部署从12 U立方体卫星平台的充气帆飞机。气动展开机构确保高度紧凑的装载体积，并最大限度地减少复杂性。
2019-02-15 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.RO
Habitability in the Solar System and New Planetary Missions
适居性的定义取决于所考虑的生物。确定某些环境的可居住性的一种方法是将其某些参数与地球上极端微生物蓬勃发展的环境进行比较。我们还可以从已知的生命中定义更常见的适居性标准，这些标准包括基本元素、液态水和能源。我们知道，太阳系中的一些地方至少提供了这些限制和标准中的一些。本文介绍了一些行星任务的目标和技术规格，例如2012年的NASA MSL，2016年和2018年的ESA ExoMars任务以及2033年的JUICE。这些任务将探索火星，欧罗巴，木卫三和木卫四的可居住性。在这里，我们将定义的可居住性标准与仪器文档进行比较，以确定这些任务是否可以验证火星和木星卫星的可居住性。这些任务有大约13个与火星可居住性评估有关的仪器，3个用于木卫二，5个用于木卫三和木卫四。我的结论是，这些任务将产生重要的信息，这些目标的可居住性评估。
2013-11-27 astro-ph.EP physics.pop-ph
First detection of ozone in the mid-infrared at Mars: implications for methane detection
ExoMars微量气体轨道器（TGO）于2016年3月被送往火星，以寻找可诊断活跃地质或生物过程的微量气体。我们报告的第一个观测的光谱特征的火星臭氧（O3）在中红外范围内使用大气化学套件（ACS）中红外（MIR）通道，交叉色散光谱仪在太阳掩星模式下运行的任何遥感任务火星的最好的光谱分辨率。在2018年全球沙尘暴（Ls = 163-193）开始之前，在高纬度（> 65 N）进行了臭氧观测。在夏季和冬季臭氧分布之间的快速过渡阶段，观察到的O3体积混合比为100-200 ppbv附近20公里。这些数量与过去在紫外线范围内在南极涡旋边缘进行的观测一致。观测到的臭氧在3000-3060 cm-1的光谱特征与甲烷（CH 4）nu 3振动-旋转带的光谱范围直接重叠，它与同一地区新发现的CO2带一起，可能会干扰甲烷丰度的测量。
2020-06-16 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ao-ph
Recovery of surface reflectance spectra and evaluation of the optical depth of aerosols in the near-IR using a Monte-Carlo approach: Application to the OMEGA observations of high latitude regions of Mars
提出了一个基于蒙特卡罗方法的大气颗粒物辐射转移模型。该模型可用于分析和去除遥感观测中气溶胶的贡献。我们已经开发了一种方法来量化的贡献，大气尘埃在近红外光谱的火星表面获得的OMEGA成像光谱仪上火星快车。使用观测的最低点指向模式与太阳入射角的显着差异，我们可以推断大气尘埃的光学厚度，我们可以检索的表面反射光谱的气溶胶的贡献。火星的空气尘埃特性进行了讨论，并从以前的研究和欧米茄数据的约束。我们已经测试了我们的方法在90°E和77°N的地区广泛覆盖的欧米茄，在可见光的冰补丁的显着变化的报告。在不同的入射角恢复的冰覆盖和无冰区的反射光谱之间的一致性验证了我们的方法。在火星27年的夏季，该地区气溶胶的光学厚度变化了3倍。观测到的冰斑增亮并不是由于霜沉积，而是由于表面冰的尘埃污染减少和（在较低程度上）大气尘埃光学厚度的减少。我们的基于蒙特卡罗的模型可以应用于恢复的光谱反射率特性的表面从欧米茄光谱成像数据时，气溶胶的光学厚度可以评估。它可以被证明是有用的处理图像立方体从紧凑型侦察成像光谱仪火星（CRISM）上的火星侦察轨道器（MRO）。
2011-03-02 astro-ph.EP
Martian atmospheric disturbances from orbital images and surface pressure at Jezero Crater, Mars, during Martian Year 36
本研究融合Perseverance地面气压与轨道图像，刻画MY36–37年Jezero的热潮汐、长周期振荡、云带和沙尘暴响应，并识别出相关斜压扰动与极区气旋涡旋。
2025-01-09 astro-ph.EP
An evidence of rapid hydrogen chloride uptake on water ice in the atmosphere of Mars
本研究利用ACS仪器同步测量数据，发现火星大气中HCl在无冰高度形成分离气体层，证明HCl在水冰上的非均相摄取是调节火星大气HCl丰度的主要机制。
2023-12-12 astro-ph.EP physics.ao-ph
A Low Cost Mars Aerocapture Technology Demonstrator
针对火星大气捕获技术因高成本高风险难以落地的问题，提出依托MarCO硬件、作为ESPA次级载荷的低成本验证方案，35千克验证器可将6U CubeSat部署至目标轨道，总成本控制在3000万美元内。
2023-07-21 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.app-ph
Eight-year Climatology of Dust Optical Depth on Mars
我们已经产生了一个多年气候的空气尘埃从火星24年至31年使用多个数据集检索或估计列光学深度。这些数据集是基于1999年4月至2013年7月由不同轨道仪器对火星大气的观测：火星全球勘测者号上的热发射光谱仪（TES），火星奥德赛号上的热发射成像系统（THEMIS）和火星侦察轨道器（MRO）上的火星气候探测器（MCS）。我们所采用的程序包括网格化的可用检索的柱尘光学厚度（CDOD）从TES和THEMIS的最低点观测，以及估计这个数量从MCS临边观测。我们的网格化方法计算平均值和不确定性的规则间隔，但可能不完整，时空网格，使用一个迭代程序加权的空间，时间和检索的不确定性。为了评估由此产生的网格化地图的优点和缺点，我们验证他们与独立的观察CDOD。我们对不规则网格地图进行了统计分析，以提供八年来火星尘埃气候学的概述，特别是其季节间和年际变化。最后，我们已经产生了多年，定期每日地图的CDOD空间插值不规则网格地图使用克里格方法。这些天气图被用作火星气候数据库第5版中的尘埃情景，除了构成仪器相互比较的基础外，还可用于许多建模应用。八个可用火星年的衍生尘埃图是公开的，并以开放获取的方式分发。
2014-09-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
Martian Year 34 Column Dust Climatology from Mars Climate Sounder Observations: Reconstructed Maps and Model Simulations
我们已经重建了火星年（MY）34（2017年5月5日-2019年3月23日）的柱状尘埃光学深度（CDOD）的纬度地图，使用美国宇航局火星侦察轨道器航天器上的火星气候探测器（MCS）的观测结果。我们的方法工程网格标准和新提供的估计CDOD从MCS临边观测，使用“迭代加权分箱”的方法。在这项工作中，我们重建四个网格CDOD地图每溶胶，在不同的火星宇宙时间。连同季节性和日常变化，使用几个地图每溶胶允许探索也CDOD的MCS数据集，这是特别强的在MY 34春分全球沙尘事件（GDE）的日常变化。CDOD的规则地图，然后通过每天平均和空间插值的不规则网格的地图使用标准的“克里格”插值，并可以用作“沙尘情景”的数值模式模拟。为了了解CDOD的日变率是否有物理解释，我们用“动力气象学”火星全球气候模式进行了数值模拟。使用“自由灰尘”运行在$L_s \sim 210^\circ$与相应的克里格图，但随后免费的进一步CDOD强迫，我们表明，该模型是能够占一些观察到的每日变化CDOD。该模型还用于确认在GCM中使用MY 34日平均沙尘情景产生的结果与MY 25 GDE获得的结果一致。
2019-07-18 astro-ph.EP physics.ao-ph
Impact of gravity waves on the middle atmosphere of Mars: a non-orographic gravity wave parameterization based on Global Climate modeling and MCS observations
利用大气环流模式（GCM）研究了重力波（GW）对火星中高层大气日潮汐和全球环流的影响。我们已经实施了一个随机参数化的非地形GW到气象动力学（LMD）火星GCM（LMD-MGCM）的创新方法。假定源位于典型对流单体（$\sim$ 250 Pa）上方，并分析了GW对1 Pa（$\sim$ 50 km）以上环流和预报热力结构的影响。我们专注于模型模拟和观测火星气候探测器（MCS）在火星勘测轨道飞行器在火星29年。MCS数据提供了迄今为止对80公里以内火星中间层的唯一系统测量。GW的主要作用是通过减少纬向风和纬向风的日振荡来阻尼热潮。在北半球冬至，GW阻力在10 $^{-2}$ Pa以上达到1 m/s/sol量级，并在纬向风场中产生重大变化（从几十到几百m/s），而对温度场的影响相对温和（10- 20 K）。这表明，GW引起的纬向流的改变是模拟温度变化的主要原因。结果还表明，在GW方案下，日潮汐引起的最大昼夜温差约为10 K，潮汐峰值向低海拔移动，与MCS观测结果吻合较好。
2020-02-03 astro-ph.EP physics.ao-ph
InSight Pressure Data Recalibration, and Its Application to the Study of Long-Term Pressure Changes on Mars
对南极残留冰帽的观测表明冰帽可能受到侵蚀，导致全球大气质量增加。我们通过对Viking 1和InSight表面压力数据进行首次比较来测试这一假设，这些数据记录了40年的时间。这样的比较也使我们能够确定这两个时期之间的季节性冰盖的动态变化。为此，我们首先必须重新校准InSight压力数据，因为它们对传感器温度的敏感性出乎意料。然后，我们必须设计一个程序来比较远程压力测量。我们提出了两种表面压力插值方法在局部和全球尺度上做比较。Viking和InSight季节性表面压力变化的比较没有显示CO2循环中大于+-8 Pa的变化。这些结论得到了火星科学实验室（MSL）压力数据分析的支持。进一步与海盗2号轨道器和MARCI相机拍摄的南部季节性帽的图像进行比较，在40年的时间里，该帽的动态没有显着变化。在MY 34的全球风暴之后，只观察到北帽可能更大的延伸，但这种异常背后的物理机制还没有很好地确定。最后，MSL和InSight压力数据的第一次比较表明，在南部夏季，Gale陨石坑的压力不足，可能是由于陨石坑内悬浮着大量尘埃。
2022-09-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
Martian meteorites reflectance and implications for rover missions
在接下来的十年里，两个漫游者将首次使用近红外反射光谱仪对火星上岩石的矿物学进行原位表征：火星2020漫游者上的SuperCam和ExoMars漫游者上的MicrOmega，尽管这种技术主要用于矿物学调查。在成功完成从火星返回样品的任务之前，火星陨石目前是这颗红色星球上唯一可供地面实验室研究并与现场数据进行比较的样品。然而，目前的光谱数据库可用于这些样品并不代表他们的多样性，并主要包括光谱上获得的细粉碎的样品，虽然粒度是众所周知的，极大地影响光谱特征。我们测量了一个广泛的火星陨石套件的反射光作为一种手段，目录和表征其光谱之间的0.4和3微米。这些测量是使用一个点光谱仪采集数据可比的SuperCam，和成像光谱仪生产高光谱立方体类似MicrOmega。我们的研究结果表明，点光谱是足以区分不同的火星陨石家族，以确定其主要岩石学的基础上带参数，并检测其低含量的蚀变矿物。然而，在点测量中会发生显着的光谱混合，即使在几毫米的斑点尺寸下，也需要成像光谱来正确识别陨石中的各种矿物相。双向光谱测量证实了它们的非朗伯行为，具有向后和可疑的向前散射峰。随着观测几何的变化，主要吸收强度的变化高达10-15倍。所提供的所有光谱都在补充数据中提供，以便与现场和轨道测量作进一步比较。
2022-03-18 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
Interstellar Object 3I/ATLAS Observed from Mars by China's Tianwen-1 Spacecraft
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）
天问一号火星轨道器首次从火星轨道外侧观测到星际天体3I/ATLAS，揭示了其尘埃动态特征及尘埃喷射速度，提供了新的尘埃动力学约束。
2026-04-20 astro-ph.EP astro-ph.GA
Exploring and Validating Exoplanet Atmospheric Retrievals with Solar System Analog Observations
University of Arizona（亚利桑那大学）；Northern Arizona University（北亚利桑那大学）；University of Washington（华盛顿大学）
本文提出了一套灵活的大气反演工具，通过太阳系类比观测验证系外行星环境模型，展示了其在直接成像任务和生物标志物检测中的应用。
2022-12-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
