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热辐射成像系统

热辐射成像系统（Thermal Emission Imaging System，THEMIS）是一个火星探测器2001火星奥德赛号上的摄影机。该摄影机在可见光和红外线波段拍摄以了解火星表面的热状况和再确认先前火星全球探勘者号上的热辐射光谱仪（TES）探测的火星表面矿物分布。此外，该仪器也协助科学家了解火星上矿物和地形的关系，并且可用来研究火星表面以下的热点。

准备装上2001火星奥德赛号的热辐射成像系统。

THEMIS是由亚利桑那州立大学的火星太空飞行中心（Mars Space Flight Facility）操作，并由雷神公司的圣塔芭芭拉遥测（Santa Barbara Remote Sensing）部门制造。该仪器缩写是希腊神话法律和正义女神忒弥斯。

仪器诸元

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热辐射成像系统重量11.2公斤，体积54.5 x 37 x 28.6公分，耗电功率14W。

红外线摄影机

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火星全球探勘者号上的热辐射光谱仪（左）和热辐射成像系统（右）分辨率比较。

THEMIS可侦测从火星表面辐射的9个热红外线波段。其中8个波段波长介于6到13微米之间（6.78微米、7.93微米、8.56微米、9.35微米，10.21微米、11.04微米、11.79微米、12.57微米），这是硅酸盐矿物在热红外线光谱学中确认其存在的最佳波长范围。第9个波段波长14.9微米，是探测火星大气层用的。最短的波长是6.78微米，总共有两个波段是这个波长以加强讯杂比。因此THEMIS总共使用10个红外线波段，9个波长进行摄影[1]。

THEMIS量测的吸收光谱包含两个资讯：温度和发射率。吸收光谱量测的主要部分是温度，除非资料进行修正。THEMIS在火星白昼拍摄的红外线影像相当类似地形晕渲地图，可看出面向太阳的较亮斜坡（较高温）和较暗的阴影区域（较低温）。THEMIS的夜间影像则可以推论火星表面的物理性质，例如温度差异代表了表面物质的颗粒大小差异（热惯性）。

移除温度的影响可以借由将THEMIS的红外线影像除以黑体曲线达到。消除温度影像后产生的能量模式就是火星表面特定矿物等物质产生的发射光谱。可以确定的矿物有碳酸盐、硅酸盐、氢氧化物、硫酸盐、非晶二氧化硅、氧化物、磷酸盐。

特别是这种多光谱方式允许研究人员可以检测需要水才能形成的矿物存在，以及这些矿物的地质背景。

THEMIS的红外线摄影机获得资料可以和火星全球探勘者号上的类似仪器热辐射光谱仪（TES）资料一起使用。THEMIS的空间分辨率较高（100 m/pixel），但只有10个波长介于6到15微米的波段，而TES的空间分辨率较低（3x6 km/pixel），但有143个波长介于5到50微米的波段。

 
先进星载热辐射与反射辐射计拍摄美国加州Saline Valley的红外线影像

THEMIS可让研究人员得知特定地表的沉积物可能与火山、热液过程、地表水或地下水矿物替换有关。

环绕地球的泰拉卫星（Terra）使用了类似THEMIS的仪器先进星载热辐射与反射辐射计（Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer, ASTER）绘制地球表面矿物分布图。影像的热红外线变化是以假色影像显示岩石和土壤中不同矿物的差异。

THEMIS发现的各种岩石

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THEMIS发现了多种火成岩和矿物。部分岩石是低二氧化硅的玄武岩、高二氧化硅的英安岩、橄榄石玄武岩、超基性（苦味酸盐）玄武岩、以及含石英的花岗岩类岩石。橄榄石玄武岩在许多地方出现，例如撞击坑底和一些峡谷两侧的地层中。橄榄石是相当重要的一种矿物，因为这种矿物会出现在来自地幔的古老岩浆中，一旦暴露在潮湿环境中就会快速风化；所以假如橄榄石存在，火星的气候在橄榄石曝露在表面后一直都是干燥的。含石英的岩石则在撞击坑中心隆起山丘中发现。在撞击坑中心隆起区域的岩石可能曾经深埋在火星表面之下数公里处，但因为撞击而抬升。英安岩的成分表示曾经发生岩浆库内分离结晶[2]。在这些过程中有些矿物是来自结晶过程，之后转移到岩浆库的底部。多种岩石的发现增加了有用和有价值矿物在火星上发现的机会。

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    热辐射光谱仪资料绘制的子午线湾的赤铁矿分布图。这些资料是作为机遇号登陆地点的选择。赤铁矿经常是在水的存在下形成。机遇号在此登陆并找到水存在的证据。

可见光摄影机

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THEMIS的可见光摄影机可在5个波段下获取资料。在可见光下的空间分辨率是18 m/pixel，影像中可解析物体体积相当于一台半拖车长度。这个分辨率是介于海盗号的大范围影像（150到300 m/pixel）和火星全球探勘者号上分辨率更高的火星轨道摄影机（1.5到3 m/pixel）。THEMIS的可见光影像范围大约是20公里宽[3]。

THEMIS的可见光影像则是要确定火星上过去液体和火山环境的地质纪录。此外，这些资料可以和红外线资料一起用来确认未来火星登陆任务的候选地点。

欧克西亚沼区影像

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    侵蚀造成了有陡峭边缘的大型坑洞。
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    厄俄斯峡谷和谷内的顶部平坦，周围是峭壁的桌山。在影像中许多地方可看到地层。
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    阿伦混沌中的侵蚀地形。
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    阿伦混沌地形（Aram Chaos）的石块显示可能的水源。
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    阿瑞斯谷内的侵蚀特征。

科普来特斯区影像

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    横跨火星两个区的尼尔格谷（Nirgal Vallis）可能是因为地下水侵蚀造成的地形特征。
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    堪德峡谷（Candor Chasma）的假色影像显示了水合硫酸盐矿物沉积的位置。红色区域是多岩石的区域，蓝色和绿色区域则是多砂和尘埃区域。
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    米拉斯峡谷峭壁。点选看大图可得知米拉斯峡谷和其他地形的关联。
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    堪德峡谷高原峭壁，点选影像可看该峡谷和其他科普来特斯区地形特征关系。
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    恒河峡谷北方峭壁，点选影像可看该峡谷和其他科普来特斯区地形特征关系。
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    艾彻斯峡谷西侧的河道。影像中细小的树枝状河床可能是因为水流流经该区域形成。
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    艾彻斯峡谷内一个桌山上的树枝状河道。影像宽度20英哩，位于科普来特斯区。
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    米拉斯峡谷底部的树枝状河道。位于科普来特斯区。

月沼区影像

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珍珠湾区影像

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    欧罗姆混沌中的巨型峡谷。在这个纬度很少山沟的存在。
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    THEMIS拍摄的欧罗姆混沌
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    拉尼混沌（Iani Chaos）。来自被侵蚀桌山的砂覆盖了底部较明亮的物质。点选影像可看拉尼混沌和其他地形特征关系。
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    霍顿撞击坑近距离影像，点选影像可看更多细节。

凤凰湖区影像

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    熔岩管曾经被流动的熔岩覆盖，但现在已无熔岩，且顶部已经倒塌。一些直向的地堑和槽已经切穿了熔岩渠道。
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    巨型火山阿尔西亚山（Arsia Mons）一侧的山脊，这可能是由冰川活动留下的冰碛石形成。
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    阿尔西亚山的影像显示它位于其他火山之间。
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    奥蒂槽沟（Oti Fossae），影像中平行的地堑是在阿尔西亚山的东北侧发现；它们是东北－西南走向，与塔尔西斯的三个巨大火山平行
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    奥蒂槽沟中平行的地堑另一区域影像。

希腊区影像

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Memnonia区影像

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    米尼奥谷（Minio Vallis）是位于大型河谷曼格拉谷附近的小河道。
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    萨比斯谷（Sabis Vallis），可看到许多小河道汇入形成萨比斯谷。
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    帕德丝谷（Padus Vallis）的近距离影像。

其他区域影像

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参考资料

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  1. ^ The Thermal Emission Imaging System (THEMIS) for the Mars 2001 Odyssey Mission [永久失效链接]
  2. ^ Christensen, P. et al. 2005. Evidence for magmatic evolution and diversity on Mars from infrared observations. Nature: 436. 504–509.
  3. ^ 存档副本. [2009-02-21]. （原始内容存档于2009-01-25）. 

外部链接

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