研究人員利用壓電感測器開發出一種新型聲波風速測量系統，能夠更快、更精確地測量火星風速。這項技術每秒鐘可測量多達100 個風速，與以前的方法相比有了很大改進。收集更詳細數據的潛力可能對未來的火星任務，包括”創造力”直升機等小型飛行器的運作至關重要。

火星的環境惡劣是出了名的，火星一天中的溫度起伏很大，平均溫度是華氏零下80度。火星表面大部分被紅色塵埃覆蓋，地形以隕石坑、峽谷和火山為主。火星的大氣極為稀薄，密度只有地球的1%。

因此，在這顆紅色星球上測量風速是一項重大挑戰。火星登陸器已經能夠捕捉到一些測量數據–有些是測量風吹過受熱物質時的冷卻速度，有些則是使用照相機拍攝風吹過的”痕跡”。這兩種風速測量方法都為了解火星的氣候和大氣層提供了寶貴的資料。

但天文工具箱仍有改進的餘地，尤其是在未來幾年將太空人送上火星的計畫即將展開之際。

2019年，作者羅伯特-懷特（左）、伊恩-尼森（中）和唐-班菲爾德（右）在丹麥奧胡斯大學的火星模擬風洞中，準備測試火星聲波風速儀的早期原型，中間可見。這兩個原型分別由塔夫茨大學（左）和VN儀器公司（右）製造。資料來源：懷特、尼森和班菲爾德

在AIP 出版社代表美國聲學學會出版的《美國科學院院刊》上，來自加拿大和美國的研究人員展示了一種新型聲波風速測量系統，該系統採用一對窄帶壓電換能器來測量聲音脈衝在火星空氣中的傳播時間。這項研究考慮到了包括換能器衍射效應和風向在內的各種變數。

作者羅伯特懷特（Robert White）說：「透過測量聲音向前和向後的傳播時間差，我們可以精確地測量三維風力。這種方法有兩大優勢，一是速度快，二是低速時效果好。

研究人員希望能夠測量每秒多達100 次的風速，風速可低至1 厘米/秒，這與以往每秒只能記錄約1 次風速、難以跟踪50 厘米/秒以下風速的方法形成了鮮明對比。

懷特說：”透過快速而精確的測量，我們希望不僅能夠測量平均風速，還能測量湍流和波動風速，這對於了解大氣變量非常重要，而大氣變量可能會給小型飛行器帶來問題，例如最近在火星上飛行的Ingenuity直升機。

研究人員在火星主要大氣氣體二氧化碳的寬溫度範圍和窄壓力範圍內對超音波感測器和感應器進行了鑑定。他們的研究結果表明，溫度和壓力的變化只會導致額定誤差率。

懷特說：”我們正在開發的系統將比以前使用的任何系統快10 倍，準確性高10 倍。我們希望，在考慮未來的火星任務時，它將產生更有價值的數據，並提供有關火星氣候的有用訊息，或許還能對更了解我們自己星球的氣候產生影響」。

編譯自/ ScitechDaily