精彩看點：美國宇航局眾包“觀云項目”，揭曉火星大氣謎團！

美國宇航局“觀云項目”要求民眾在火星勘測軌道器采集的火星大氣層圖像中尋找類似的拱形特征，從而證明云層的存在。

新浪科技訊 北京時間8月3日上午消息，據報道，2020年底，行星科學家馬雷克·斯利夫斯基(Marek Slipski)每天凝視計算機屏幕很長時間，他花費大量時間仔細研究火星大氣層圖像：放大、調整色彩對比度、增強圖像亮度、調換圖像區域顏色。據了解，斯利夫斯基是美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)一位資深博士后研究員，近年來他致力于搜尋火星云層特征，盡管他編寫了一個算法用于完成火星云層勘測任務，但結果卻喜憂參半，因此他只能使用肉眼觀察圖像數據。

(資料圖片僅供參考)

令人意想不到的是，很快斯利夫斯基就收獲頗豐，他發現每個火星云群的高度和亮度均有差異，斯科夫斯基說：“我觀察了大約一個星期，當時的反應是：好吧，這得多花點時間，回想當時的情景，如果有人幫忙就好了！”

巧合的是，美國宇航局剛呼吁民眾踴躍參加“公民科學種子基金項目”，這將給太空愛好者們一個參與頂尖研究的機會，斯科夫斯基和阿明·克雷恩博赫(Armin Kleinbohl)立即開始起草一份提案——勘測識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，從火星氣候探測器的觀測數據中可以看到，環繞火星的勘測儀器能測量火星云層溫度、冰和塵埃含量。

經過數周的貝塔測試，6月底名為“觀測火星云層”的項目在“宇宙動物園”平臺上啟動，該平臺上有數百個民眾項目，大約有2600位志愿者加入其中，他們在論壇上自我介紹，并鉆研分析氣候探測儀繪制的不同高度、位置和一天中不同時間段的火星大氣圖像。志愿者僅需要一臺電腦和互聯網接入就可以投稿，因為數據是通過瀏覽器內嵌的可視化工具進行查看，該工具還附帶一個快速上手的可選教程。

6月底名為“觀測火星云層”的項目在“宇宙動物園”平臺上啟動，該平臺上有數百個民眾項目，大約有2600位志愿者加入其中，他們在論壇上自我介紹，并鉆研分析氣候探測儀繪制的不同高度、位置和一天中不同時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存在于火星表面的液態水是如何逃逸到太空?！坝^云小組”副首席研究員克雷恩博赫說：“我們通過‘公民科學種子基金項目’獲得的氣候學數據將比迄今所有火星大氣勘測數據更加全面?！?/p>

克雷恩博赫對火星云層的形成過程很感興趣，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構和動力學，以及導致極低溫的條件，因為固態二氧化碳的凝結溫度通常比火星大氣的凝結溫度更低；而含水冰成分較高的云層可能會告訴我們水蒸汽的存在，以及可能負責將水蒸汽運輸到高海拔區域的過程。

火星氣候探測儀是火星勘測軌道飛行器裝載的6個儀器之一，該飛行器自2006年以來一直環繞火星運行，它配備了9個頻道，每個頻道都調諧到不同波長可見光或得紅外光，并繪制出火星表面至80公里高空范圍內的熱輻射圖。雖然該氣候探測儀不是專門設計用于研究大氣活動，但是執行任務的科學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。他們發現這些拱形特征是由于航天器沿著火星軌道運行時，云層和紅外傳感器之間角度發生變化導致的，當探測儀靠近云層時，云層似乎更接近地面(這類似于我們觀察地球自轉時，太陽在天空中以一個明顯的拱形結構升起和落下)。因此，拱形特征的最高點代表了火星云層距離表面的真實最大高度。

在這項“觀云項目”中，公民科學家使用一種點擊工具來識別在不同高度和時間的氣候探測儀熱輻射圖中找到的任何拱形峰值，每張圖像顯示在4個不同幀中(原始幀和其他三個不同對比度和亮度的幀)。同時，他們還可以改變顏色來發現顏色特別暗淡的拱形峰值，或許這是人為操作失誤所致，畢竟不同用戶對相同圖像標記完成之前，他們的認知度存在一定差異性。

據悉，斯利夫斯基和克雷恩博赫在“觀云網站(Cloudspotting)”上傳大約4個半月的火星大氣圖像，預計人們需要幾個月的時間來解讀，克雷恩博赫說：“觀云項目對于深入分析火星大氣層具有重要意義，遠超出我們之前的預期，在短短幾周內，公民科學家仔細檢查了6000多張火星圖像(超過12萬種圖像分類)，平均每張照片中可發現3-4朵云?！?/p>

事實上，動員民眾分析海量數據(603138)集并非什么新鮮事，之前科學家曾使用“宇宙動物園”平臺對太空照片進行分類，實現地球降雨數字化記錄等，這是一種有利的研究方法，它涉及到尋找計算機系統無法識別、且過于隱蔽和復雜的天文學特征。美國哈弗福德學院天文學家凱倫·馬斯特斯(Karen Masters)是“宇宙動物園”項目的首席研究員，她說：“人類已進化了幾千年時間，在模式識別和過濾無關信息方面非常擅長，人們的識別能力超越計算機還是相對容易的，但是與民眾合作也存在著一定挑戰性，即如何讓大家對該項目感興趣，并保持熱度?！?/p>

據悉，為了讓更多民眾參與“觀云項目”，研究團隊在論壇上保持高度活躍性：和參與者一起解決問題，對民眾發現的任何拱形特征進行回應和分析，并延伸展開關于火星科學的討論，例如：一位項目參與者提問：如何識別火星大氣拱形特征，以及如何幫助未來載人飛船在火星大氣層中航行？7月15日，斯利夫斯基召開了一個網絡研討會，讓民眾科學家有機會與研究團隊見面，研討會上他明確表示，探測器飛進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自氣候探測器的所有數據，這些數據是在8個火星年中采集的(大約相當于16個地球年)，一旦分析了具有代表性的幾年勘測數據，斯利夫斯基希望能使用云特征來匹配自己的算法，從而獲得更可靠的結果。最終，這將提供一個最全面、長期的勘測數據庫，科學家可以利用數據庫相關資料更深入地洞察火星大氣層遠古時期和當前的狀況。

波士頓大學行星科學家馬吉德·馬亞辛(Majd Mayyasi)雖未參與該項目，但他對于火星探索十分感興趣，他說：“跨度16個地球年的火星勘測數據并非小數據，通過民眾深入觀察分析，相信未來不久會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，水如何從表面傳輸至更高海拔位置的過程中，大氣云層發揮著重要作用。

斯利夫斯基說：“這是火星大氣層從遠古溫暖潮濕的星球演變成現今寒冷干燥環境的一個非常重要的環節，在民眾科學家的幫助下，‘觀云團隊’希望在2023年初發布初步結果，一旦整個數據庫被分析公布，他們將擴展此項工作，進而更全面描述整個星球上云層數量和氣候模式，并且詳細了解灰塵、水蒸汽和二氧化碳是如何在火星大氣層中變遷移動的。”

然而，當前仍有大量數據需要深入分析，據悉，兩周前觀云團隊發布了第二批火星圖像，大約12000張，相當于8個地球月的大氣層勘測數據，供民眾科學家繼續分類。

預計公民科學項目在未來兩年內仍保持一定的活躍度，火星氣候探測器在2022年底(或許更長時間，如果美國宇航局決定延長該探測器勘測任務)將持續發送火星大氣層勘測圖像，克雷恩博赫說：“我希望能夠積累更多火星年的勘測數據，希望一直到十年結束，從而建立一個確定、詳細的火星大氣氣候學理論?！?/p>