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助力規劃深空探測任務 火星能量粒子分析儀發布首個科學成果
2022年08月08日 10:36:06
來源：化工儀器網 點擊量：3991
在此次太陽高能粒子事件中，火星能量粒子分析儀與近地航天器的觀測數據具有非常好的一致性。
【化工儀器網 時事熱點】理解太陽高能粒子的加速與傳播機制一直是空間物理和空間天氣研究的重要課題之一。一旦離開近地環境進入太空、失去地球磁場的保護，宇航員及航天器就必然暴露在強烈的高能粒子輻射之中。
與通量長期穩定的銀河宇宙線不同，太陽高能粒子事件的發生具有偶發性和不可預測性。該類事件爆發時產生的能量粒子通常起源于太陽耀斑爆發和日冕物質拋射驅動的激波加速過程，其通量可高于背景宇宙線達幾個數量級，不僅會對行星際和近地空間輻射環境帶來巨大影響，也對載人航天和深空探測等空間任務構成巨大威脅。
火星能量粒子分析儀是我國首個用于研究行星際和近火星空間輻射環境的載荷，由中科院近代物理所和蘭州空間技術物理研究所聯合研制，于2020年7月搭載在天問一號火星探測器上發射升空，正式開啟了探測任務。火星能量粒子分析儀主要用于測量火星及地火轉移軌道的空間輻射環境，研究電子、質子、重離子(Z≦26)的能譜、元素種類、通量等信息及變化規律，為前述這些問題提供著重要的基礎數據。
火星能量粒子分析儀的任務不僅是探測星際空間和火星空間的輻射環境，更要應用于火星電離層的分析，尤其是近火星空間能量粒子與火星大氣的演化關系、太陽風暴能量粒子對火星大氣逃逸的影響與相互作用的規律以及活性粒子加速與輸運過程的研究。
2020年11月29日，火星能量粒子分析儀在地火轉移軌道距太陽1.39個天文單位(au)處，觀測到第25個太陽活動周期的首個大范圍太陽高能粒子事件。事件發生時，天問一號與地球近似處于同一磁力線上，這使得天問一號和地球附近航天器能夠在相隔數千萬公里的地方觀測到來自相同源區的太陽高能粒子，為研究太陽高能粒子沿磁力線在行星際空間的傳播提供了一個寶貴的機會。
在通過對比分析2020年11月29日事件期間，火星能量粒子分析儀和地球附近航天器的質子通量觀測數據，研究團隊發現天問一號和地球附近航天器關聯的磁力線并沒有連接到太陽表面的爆發源區和行星際激波，這意味著高能粒子必須跨越磁力線才能到達天問一號和地球附近航天器。
另外，研究團隊還發現兩個位置處觀測到的質子能譜形狀非常相似，均表現為雙冪律譜，并且它們的質子強度時間曲線在太陽高能粒子事件衰減階段也有著相似的演化趨勢，呈現出典型的蓄水池現象。研究團隊認為，雙冪律能譜很可能是在激波加速源區產生，而傳播過程中的垂直擴散效應是解釋該事件中蓄水池現象的關鍵因素。此外，研究團隊還討論了太陽高能粒子事件峰值強度的徑向相關性和磁力線長度相關性等。
在此次太陽高能粒子事件中，火星能量粒子分析儀與近地航天器的觀測數據具有非常好的一致性，這表明火星能量粒子分析儀儀器功能與性能均符合設計預期，儀器測得的數據質量可靠，為后續環火星探測數據的研究奠定了良好基礎，有望助力更好地了解火星輻射環境以及規劃深空探測任務。
該相關結果于日前發表在《天體物理學雜志快報》上，并被美國天文學會(AAS)選為亮點工作，并進行了專題報道。
(資料來源：科技日報)
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