天问一号”磁强计数据研究新成果！揭示火星等离子体流失机制

来源：深空探测实验室

深空探测实验室相关研究人员利用我国首次自主火星探测任务“天问一号”环绕器搭载的磁强计（Tianwen-1 MOMAG）科学数据，深入分析了一次日冕物质抛射（ICME）事件加剧火星等离子体流失的现象，进一步揭示了极端太阳爆发活动对火星大气逃逸的影响，相关成果已被美国天文学会AAS Nova推荐为研究亮点，并在首页以“太阳风暴与火星”（Solar Storm Versus Mars）为主题专题报道。

日冕物质抛射（CME）是从太阳爆发抛向行星际空间的大尺度磁化等离子体团。一次CME爆发可释放1025焦耳，相当于几十亿或上百亿次核爆炸的能量，是太阳系内规模最大、最剧烈的能量释放过程，也是引起太阳系内行星空间环境剧烈变化的主要驱动源。

火星曾经拥有类似地球的厚实大气层，但如今的火星大气却非常稀薄，这要是由火星大气逃逸引起的。火星相比于地球质量较小，且缺乏全球性的内秉磁场，使得火星大气分子更容易逃逸至太空。太阳风和火星空间环境的相互作用加剧了这一逃逸过程，这些因素共同导致火星大气层剥蚀和大气成分逐渐减少，影响了其气候和宜居性。因此，研究火星大气逃逸过程成为探索火星气候与生命宜居性演化的关键问题之一。

实验室深空科学研究院于秉坤研究员利用我国首次自主火星探测任务“天问一号”Tianwen-1环绕器搭载的磁强计（MOMAG）科学数据，结合美国火星探测任务“火星大气与挥发物演化”MAVEN卫星携带的粒子和场测量、中性气体和粒子质谱仪有效载荷包，包括磁强计（MAG）、太阳风离子分析仪（SWIA）、朗缪尔探针与波探测仪（LPW）、中性气体和粒子质谱仪（NGIMS）的科学数据，深入开展了极端太阳爆发活动对火星大气逃逸影响的研究。

该工作主要针对天问一号和MAVEN卫星于2021年12月6日至15日同时观测到的一个强烈日冕物质抛射（ICME）事件开展了细致研究。研究证实，日冕物质抛射引起的强烈动压使火星电离层顶受到严重压缩，导致电离层顶高度明显下降。这种现象增加了太阳风侵入火星的可能性，进一步加剧了火星等离子体的流失。在火星的夜侧，电离层中电子、O2+和 O+等离子体密度大幅减少，表明ICME与火星相互作用加剧了火星大气逃逸过程。

研究结果同时证明，天问一号磁强计在性能和技术指标方面均处于国际领先水平，天问一号火星磁强计利用磁通门效应实现了矢量磁场测量，飞行件单个探头重量小于100g，磁场测量分辨率达到1.19pT，噪声水平优于0.01nT/√Hz@1Hz，在轨磁场数据与美国MAVEN MAG磁场数据统计平均值相差仅0.05nT。基于天问一号火星磁强计开展天问三号火星磁强计的研发，将有力支撑天问三号火星探测任务。

相关成果以“Tianwen-1 and MAVEN Observations of the Response of Mars to an Interplanetary Coronal Mass Ejection”为题发表在国际天文期刊《The Astrophysical Journal》上，被美国天文学会AAS Nova推荐为研究亮点，并在首页以“太阳风暴与火星”（Solar Storm Versus Mars）为题刊发了专题报道。

文章作者为深空探测实验室于秉坤研究员

文章链接doi:10.3847/1538-4357/acdcf8