中國科大揭秘火星弓激波為何整體大幅振蕩

續(xù)寫我國火星自主探測科學故事

近日，中國科學技術大學教授汪毓明領銜的國際研究團隊，利用我國首次火星探測任務“天問一號”環(huán)繞器的磁場和等離子體觀測數據，結合美國“火星大氣與揮發(fā)物演化”（MAVEN）探測器的觀測數據，揭示了火星弓激波整體大幅振蕩的原因。研究成果已發(fā)表于《自然-通訊》。

弓激波是天體與行星際太陽風相互作用的第一道界面，其動態(tài)變化的行為不僅反映了太陽風對天體的擾動影響，還反映了天體本身的磁場和等離子體特性，是理解天體空間環(huán)境狀態(tài)和變化規(guī)律的重要交界面。火星弓激波是超磁聲速太陽風在火星附近減速為亞磁聲速并發(fā)生偏轉的區(qū)域，其位置反映了太陽風與火星空間環(huán)境相互作用的強度。研究表明，火星弓激波位置受太陽極紫外輻射、太陽風動壓、行星際磁場強度和方向等多種參數影響。

研究團隊曾對太陽風擾動下火星弓激波的行為開展研究，展示了火星弓激波分鐘尺度、百公里量級的整體振蕩行為。然而，研究中團隊成員發(fā)現(xiàn)，在微弱的太陽風擾動下，火星弓激波大多比較平穩(wěn)，但有時也會發(fā)生類似的整體振蕩。這是由于攜帶巖石剩磁的火星自轉引起的，還是太陽風特殊條件驅動的，其物理過程并不清楚。

在前期工作基礎上，利用“天問一號”環(huán)繞器與“火星大氣與揮發(fā)物演化”探測器的聯(lián)合觀測數據，研究團隊對弱太陽風擾動條件下火星弓激波的振蕩行為展開深入分析。通過對火星巖殼磁場分布特征和太陽風數據的分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)，當太陽風馬赫數較低時，火星弓激波強度較弱，即使受到輕微擾動也易引發(fā)振蕩；而在馬赫數較高時，即便擾動更強，弓激波仍可能保持穩(wěn)定。該現(xiàn)象通過數值模擬得到進一步驗證。

該研究基于我國“天問一號”的自主探測數據，特別是中國科學技術大學負責研制的火星磁強計所提供的磁測數據，揭示了火星空間環(huán)境對弱太陽風擾動的響應機制。該成果完善了對太陽風與火星空間環(huán)境相互作用機制的認識，深化了關于太陽風與非磁化行星相互作用過程的理解，繼續(xù)書寫了我國火星自主探測的科學故事。（記者 陳婉婉）