火星快车轨道飞行器（Mars Express orbiter），欧洲航天局（ESA）的第一个行星际任务，于2003年6月2日进入火星轨道。从那以后，探测器使用高分辨率立体摄像机（HRSC）绘制了火星表面的地图，这是一种由德国航空航天中心（DLR）与商业伙伴建造的仪器。上周五（6月2日），在德国达姆施塔特的欧洲航天局欧洲空间操作中心（ESOC）举行了庆祝活动，以纪念该任务20周年。
上图：由欧空局火星快车轨道器上的HRSC仪器拍摄的火星彩色拼接图像。
在庆祝活动期间，火星快车轨道飞行器向地球直播了一系列全球彩色拼接图像。这些拼接图像是 HRSC 科学团队进行的高海拔活动和最先进的图像处理的结果。其结果是在细节、空间分辨率和颜色多样性方面都无与伦比的拼接图，为了解火星环境提供了宝贵的见解。这包括揭示地表成分，展示过去水是如何在那里流动的，以及现代的气象现象。
近二十年来，HRSC 以前所未有的分辨率绘制了接近整个火星表面的彩色和三维地图。这要归功于相机的四种颜色通道（红、绿、蓝和红外）和五种全色最低点通道、立体通道和光度通道。这台由DLR行星研究所操作的照相机，最初只能使用一个火星年（大约687个地球日）。但任务的成功促使欧空局多次延长任务，最近一次延长到2026年底。
上图：距离火星2500公里（1550英里）的HRSC彩色拼接视图。
这些高空图像是由位于柏林的德国航空航天中心（DLR）的HRSC团队计划和获取的。色彩模型的发展和马赛克的处理是由格雷格·迈克尔（Greg Michael）博士完成的，他是柏林自由大学的天体物理学家和射电天文学家，也是HRSC的联合研究员。HRSC团队的一篇科学论文将在不久的将来发表，同时还将通过ESA客户存储设施提供地理参考数据集。
自2004年1月投入使用以来，HRSC以每像素50至20米（164至65.6英尺）的分辨率拍摄了几乎整个火星的图像。通常情况下，该任务将从大约300公里（186英里）的高度拍摄火星，此时航天器在其轨道上最接近火星。然而，对于拼接图，使用了90张从海拔4000至10000公里（2485.5至6215英里）的独立图像，覆盖了直径约2500公里（1550英里)）的区域，空间分辨率为每像素2公里（1.2英里)）。拼接图中的许多区域以仪器的最高分辨率每像素12.5米出现。
另一个令人印象深刻的特点是图像中捕获的色彩水平。通常情况下，由于火星大气层的透明度不断变化，很难拍摄到准确捕捉火星表面颜色的照片。这是由大气中不同程度的尘埃引起的，这会导致光线散射和反射，导致图像之间的颜色变化。为了抑制这种影响，航天机构经常使用图像处理，使颜色变化在更远的距离上变小。
这一次，一项新的高空观测活动被用于构建一个全局颜色模型，HRSC团队使用该模型对拼接图中的每个图像进行颜色参考。这允许了长距离的颜色变化，并产生了一张具有前所未有的颜色多样性的火星照片。颜色变化还揭示了其成分的信息，其中包括其表面风化层中大量的氧化铁。这就是火星被称为“红色星球”的原因，但观测也表明，它有蓝色、灰色和黑色的深色区域。
上图：HRSC拍摄的单个高空图像示例。
这些区域对应于天文学家观察了几个世纪的火山沙，这些火山沙形成了巨大的深色砂层。这些沙子主要是由风堆积而成的，形成了由未风化的玄武岩矿物组成的新月形沙丘（类似于地球上发现的火山砂和风吹沙丘）。还有一些较轻的火山砂，它们被水风化了，这些水曾经在火星表面流动（约30亿至20亿年前）。“好奇号”和“毅力号”火星车分别在盖尔陨石坑和杰泽罗陨石坑以粘土沉积物的形式对其进行了研究。
粘土和硫酸盐矿物是火星上最常见的两种矿物，在彩色合成图像中相对容易发现，因为它们特别明亮。例如，在沿着赤道的水手峡谷系统中，可以看到大量的硫酸钙（石膏）和硫酸镁（钾辉石）的沉积。这些矿物质被一层薄薄的深色沙子覆盖，但由于HRSC显示的颜色变化，这些矿物质是可见的。火星表面的粘土和硫酸盐是证明火星过去有水存在的众多证据之一。
水手谷的深处覆盖着大气现象，比如左下方明亮的白色斑块所显示的微弱的云。在水手峡谷中也有朦胧的雾层，通常在一天和一年中的某些时候在峡谷中形成。在洼地和其他低洼地区也观察到类似的雾层，如南部高地的阿盖尔和赫拉斯盆地，以及北部低地的陨石坑地区（如伊西迪斯和乌托邦盆地）。
上图：水手谷HRSC图像的注释特写。
HRSC的成功是决定延长火星快车任务的主要因素，该任务已经在火星周围运行了19年5个月零12天。截至2023年10月19日，该任务将完成25000个火星椭圆轨道，使其成为仅次于美国宇航局2001年火星奥德赛号的第二长持续活动的航天器，奥德赛号也仍在红色星球周围活动。
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