■新視野

　　本報記者 常麗君

　　美國亞利桑那大學月球與行星實驗室（LPL）科學家曾在夏威夷火山熔巖區(qū)上空放了一只風箏，研究那里的地形結(jié)構(gòu)。最近，這只風箏又被賦予了新任務——研究火星形成的古老秘密。

　　這只風箏裝備了現(xiàn)成的儀器，如攝像機、GPS、定位傳感器等，能從高空掃描地形。研究小組用了并行計算和強大的軟件算法，把幾萬張圖像組合成極其詳細而準確的3D數(shù)字地形模型。

　　據(jù)研究人員介紹，從他們對火山景觀的研究來看，這一項目在范圍和數(shù)據(jù)質(zhì)量上都是前所未有的，空間分辨率達到每像素約半英寸。他們在得克薩斯州召開的第46屆“月球與行星科學大會”上匯報了這些成果。利用從這些地形模型所得的知識，科學家可以進一步解讀來自火星表面的照片。這些照片由美國國家航空航天局（NASA）的火星偵查軌道器攜帶的HiRISE攝像機拍攝。HiRISE作為高分辨率成像科學實驗，由亞利桑那大學負責，一直在為人們揭示著火星上前所未見的詳細情景。

　　從地球推測火星

　　“這一想法是通過分析我們能到達的地方的情況，來了解那些我們無法去到的地方?！毖芯啃〗M負責人克里斯托弗·漢密爾頓說。他在2014年加入了月球與行星實驗室，創(chuàng)建了地球模擬研究小組。漢密爾頓研究的是火星表面的火山，以掌握這顆紅色行星的熱量歷史，也就是火星內(nèi)部進程在其表面的表現(xiàn)。

　　“我們能利用地球上的早期地質(zhì)形態(tài)和無植被的表面特征，如夏威夷熔巖流，作為地球上的模擬物，以此深入理解其他行星的形成過程?！彼a充說，“并非只是說出‘這種特征看起來像某某’，而是努力開發(fā)出鑒別方法，幫助理解形成特殊形態(tài)特征的確切過程?！?/p>

　　漢密爾頓小組選擇了夏威夷島上的基拉韋厄火山作研究區(qū)，這里是個只有些許早期熔巖流的“化學沙漠”。在1974年12月底新年之夜，這里曾有過一次短暫的火山噴發(fā)?，F(xiàn)如今，人們已經(jīng)可以步行至此參觀。

　　當研究人員把當時的火山噴發(fā)地形和HiRISE攝像機拍攝的火星表面對比時，發(fā)現(xiàn)二者驚人的相似。

　　“我們認為，這表現(xiàn)了火星上的大熔巖流是怎樣形成的，而不是表面所看到的樣子。”漢密爾頓說，火星上許多地形被認為是溝渠，過去解釋為是由水流侵蝕所致，但這更可能是火山過程造成的。他把這一過程描述為一個“充滿與溢出”的巖漿定位過程，當巖池里的巖漿積累多了，就溢出壩口，形成災難性的巖漿洪流。

　　是水流還是巖漿

　　“憑我們對水流的直覺，很容易下結(jié)論，按同樣方式解釋火星上的類似特征是很吸引人的?！睗h密爾頓說，“但事實上，這些地形是由巖漿造成的，而不是水?！?/p>

　　漢密爾頓指著1974年12月那次巖漿爆發(fā)的地形模型說：“我們看到在某些地方，表面破碎成板塊，粗看之下就像水流侵蝕形成的通道。而事實上它根本不是侵蝕形成的，而是熔巖流中巖漿復雜的運動模式形成的?！?/p>

　　漢密爾頓解釋說，老熔巖冷卻沉積形成的峭壁就像一個大浴缸，首先液態(tài)巖漿逐漸充滿了浴缸，當貯存的熔巖池破裂，巖漿洶涌前進使表面已冷卻的板塊破裂，新鮮巖漿就從下面噴涌而出。這些板塊隨巖流漂浮前進，被弄得皺皺巴巴。

　　數(shù)字地形模型甚至還揭示了，當巖漿充滿巖池時，會形成一種“浴缸環(huán)”。

　　“驅(qū)使我們思考的問題是，怎樣才能把這些數(shù)據(jù)組合起來，用它們分析火星景觀，確定其地形究竟是火山還是水流造成的，并由此推理出一個進化的故事呢？”漢密爾頓說，“如果你看不到把材料組合在一起的方法，比如用小片瓷磚組成馬賽克圖案，單一的表面紋理不能告訴你任何事。紋理之間的關系會告訴你到哪里去，尋找什么?！?/p>

　　 風箏觀測系統(tǒng)

　　月球與行星實驗室博士后研究員斯蒂芬·施密特是研究沙丘演化的專家，他設計并構(gòu)建了夏威夷項目中的“地形繪圖風箏系統(tǒng)”。為獲取圖像，他在一個三角翼風箏上裝了一個自動攝像機，隨風放飛，并能熟練地牽線操縱它。風箏翼寬11英尺，他花了幾天時間徒步走過參差不齊的熔巖地形，讓風箏覆蓋整個區(qū)域，同時小心觀察，以避免火山口飄出來的有毒煙霧。

　　“風箏在空中飛得相當穩(wěn)，風翼一端到另一端只有5度到10度左右。這種小動作給了我們足夠的視角差，讓軟件能計算三維的地形模型?！笔┟芴亟忉屨f，這種技術稱為多視角立體攝影測量，生成的圖像就像從飛機上拍攝的航拍照片，但它們并不是真正的照片，而是一種投射到數(shù)字地形模型中的馬賽克圖像。

　　“風箏每兩秒鐘拍一張圖像，對一個位置生成了數(shù)以萬計的照片?！笔┟芴卣f，“軟件隨后除去了所有的扭曲變形，把這些圖像拼合在一起，生成了一張?zhí)摂M地形圖。這是其他方法無法做到的?！?/p>

　　這一過程稱為正射矯正，通過大量的計算，耗時幾個星期來生成一個地形模型，最終模型的分辨率足夠高，能清晰地顯出覆蓋在熔巖上面的沙子上的腳印。

　　“我們的方法顯示了怎樣把地面觀察和空中拍攝結(jié)合在一起，這能幫我們揭開地球和火星上的地質(zhì)歷史。”漢密爾頓說。