产品详细介绍 火星探秘STEAM主题课程 项目背景 火星是太阳系八大行星之一，属于类地行星。进入航天时代以来，特别是近 30 多年，世界上许多的天文学家和科学家都积极地对火星进行了多方面的研究，通过发射各类火星探测器前往火星进行探索，不断揭开火星的神秘面纱。 对于学生而言，火星和火星探测器一般还是一个相对模糊的概念，对于火星的特征以及火星探测器的功能构造的认识也比较模糊。因此，借助于火星探秘主题套件与八爪鱼人工智能与编程教学系统，能让学生在课堂上通过动手实验、搭建、设计等方式了解火星和火星探测器，激发学生对火星的探索激情。 课程性质 这是一门以项目式教学开展的跨学科课程，以基于建构主义理论的 5E 教学模式作为指导，结合了小学科学课程标准与初中物理课程标准。 课程目标 1.知识与技能 ⚫  获得火星车的结构特征、火星的地形特征、人类探索火星历程等相关知识。 ⚫  认识能量的形式，知道能量转换、压力、压强等内容，了解其在生活中的应用。 ⚫  认识火星车中涉及到的电子元器件，知道其功能；学习图形化编程，能对模型进行简单的调试。 ⚫  有初步的实验操作技能，知道简单数据的记录和处理方法，会写简单的实验报告。 2.过程与方法 ⚫  初步了解图形化编程，编写程序，对模型进行简单的调试，具有初步的编程逻辑思维。 ⚫  能够参与科学探究活动，能简单描述实验现象，具有初步的观察能力与提出问题的能力。 ⚫  能书面或口头表达自己的观点，能与他人交流，有自我反思和听取意见的意识，有初步的信息交流能力。 3.情感态度与价值观 ⚫  有对宇宙科学的求知欲，能保持对科学的好奇。 ⚫  乐于参加观察、实验、制作等探究活动，并能在活动中克服困难，完成任务，有团队精神。 ⚫  能总结成功的经验，分析失败的原因，体验战胜困难、解决问题时的喜悦。

利用美国宇航局火星勘测轨道飞行器的观测数据，对近7个火星年中发生的尺度在数千公里乃至覆盖全球的大型沙尘暴进行研究，发现火星南半球高纬对流层上部的沙尘普遍存在着强烈的周日变化（图1），进一步的观测表明这种现象来自于南半球沙尘大范围的周日经向运动。而沙尘的物理状态和化学性质相对稳定，是大气风场的最好示踪物，所以由沙尘的运动可以反推火星上难以观测的大气风场结构。利用这些观测结果以及大气潮汐理论模型，该研究发现火星南半球沙尘暴期间存在着强烈的周日潮汐风场，而正是周日潮汐的经向风主导了沙尘潮汐现象。该现象表明火星大气在沙尘暴期间存在快速的经向运动，结合火星大气环流数值模型进一步研究发现，潮汐风可以将夏季火星极区冰盖附近丰富的水汽快速输送至中低纬（图2）。这些水汽可以在中低纬地区日间深对流的作用下被抬升至中高层大气，在太阳紫外辐射的作用下产生大量的H，从而增加了火星大气H的逃逸。另一方面，该现象表明在火星上存在着有别于地球大气的经向物质交换机制。地球中-高纬之间的大气热量与物质交换强烈地依赖罗斯贝波的主导作用。虽然大气热力潮汐也是地球上早已熟知的大气波动，但对中低层大气作用较小，且主要局限于热带地区。然而，火星稀薄的大气可以显著增强热力潮汐的作用，该研究提出的潮汐风在火星大气水平运动中的重要作用，使人们对行星大气中-高纬之间的物质交换有了新的认识。

地球科学与技术学院副教授杨升宇与德国地球科学研究中心（GFZ）、德国GEOS4公司、丹麦和格陵兰地质调查局、澳大利亚科廷大学、中国地质大学（北京）等单位合作，在火星远古生命探索方面取得新进展。相关研究成果《大分子有机化合物在辐射作用下的改变：对火星有机质探测的启示》（Geological alteration of organic macromolecules by irradiation: Implications for organic matter occurrence on Mars）在线发表在国际地质学领域顶级期刊Geology上（地质学研究方向连续13年全球排名第一）。 项目研究人员在探索北欧寒武系Alum页岩的油气资源潜力过程中，发现它的放射性异常强，特别是页岩中的碳酸盐岩结核（Kolm）的铀含量是普通页岩铀含量的数百倍。通过原子核物理学计算发现Kolm样品与火星盖尔陨石坑的表层岩石受到了相同数量级（108-109戈瑞）的辐射量，因而推测这两种岩石中的有机质承受了类似的辐射改变。研究人员利用油气地球化学常用的热解气相色谱(Py-GC)和傅里叶变换质谱(FT-ICR-MS)分析技术证实了这两类有机质具有极其相似的分子结构，从而间接地证明了新发现的火星有机质是31亿到38亿年前的湖泊沉积。 此外，该研究还通过对北欧、中国和澳大利亚页岩样品的系统研究，总结出地质有机质（干酪根）在辐射作用下的一系列变化规律及作用机理（图2）。论文提出的理论模型在我国的火星探测计划、核废料地质处理和高铀页岩的油气生成机理研究等方面都具有重要启示意义。

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上海交通大学物理与天文学院俞进教授与成都理工大学地科院行星科学国际研究中心赵宇鴳研究员、中国科学院上海技术物理研究所徐卫明研究员和中国科学院地球化学研究所刘建忠研究员为论文的共同通讯作者。