研究表明：火星大氣“等離子體云”逃逸機制

2 月 12 日消息，據(jù)中國科學院地質與地球物理研究所消息，火星大氣逃逸是火星探測的核心科學問題。探索火星大氣逃逸，有助于闡釋火星全球氣候環(huán)境的演變過程。研究表明，太陽風是驅動火星大氣粒子逃逸的最有效驅動源之一。

這是由于火星沒有全球磁場，太陽風可直接與火星電離層或大氣離子發(fā)生相互作用，并通過電磁力不斷剝蝕、加速大氣離子逃逸到行星際空間。

早期觀測表明，太陽風與火星電離層相互作用可驅動或剝離大團的火星電離層離子(如 O+、O2+)，形成“等離子體云”爆發(fā)式、整體式地逃逸掉(圖 1)。然而，受制于飛船的觀測高度和儀器探測性能，關于“等離子體云”尤其是低高度的“等離子體云”的形成與演化機理，知之甚少。

為此，利用美國 MAVEN 火星探測器搭載的多種高性能科學探測儀器的數(shù)據(jù)觀測，中國科學院地質與地球物理研究所博士研究生張馳與研究員戎昭金、魏勇，以及瑞典空間物理研究所、德國馬克斯?普朗克太陽系研究所、美國加州大學伯克利分校等合作，首次發(fā)現(xiàn)并報道火星低高度(600 km)范圍內觀測到的周期性等離子體云結構(圖 2)。

不同于以往研究，該周期性低高度的“等離子體云”結構顯示出一系列新的觀測特征：離子能譜呈現(xiàn)出色散特征(能量高的離子可較早被觀測到)，不同火星離子成分具有大致相同的速度，且等離子體云的出現(xiàn)伴隨著總磁場增加，以及強的太陽風電子沉降特征。分析結果表明，這些等離子體云是起源于低高度電離層區(qū)域(～120 km 高度)，沿著開放磁力線尾向逃逸。同時，估算顯示，該事件中“等離子體云”可顯著提高火星大氣離子的逃逸率。這表明“等離子體云”是火星大氣離子逃逸的主要方式。

根據(jù)這些觀測特征，如圖 3 所示，研究提出“等離子體云”的可能形成機制應為：

周期性的太陽風壓縮火星磁層，誘發(fā)太陽風磁場與火星殼磁場之間發(fā)生周期性地磁場重聯(lián)，磁場重聯(lián)產生了開放磁力線以及沉降的太陽風等離子體，沉降的太陽風等離子體加熱低高度電離層等離子體，使這些低高度等離子體周期性地向外逃逸。

該研究首次報道了火星低高度等離子體云結構，并提出了其可能產生的物理機制，這對于理解火星離子逃逸以及太陽風與火星相互作用具有重要的科學意義，并為后續(xù)分析我國“天問一號”火星探測數(shù)據(jù)提供了重要的指導方向。

標簽： 等離子體云 中科院 火星大氣 逃逸機制