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記者12日獲悉，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所高佳維博士后與其合作導(dǎo)師戎昭金研究員、魏勇研究員等首次刻畫了火星電離層中的磁場和電流分布特征。相關(guān)研究論文近日發(fā)表在《自然·通訊》上。

與地球一樣，火星也存在大氣，存在由太陽電磁輻射加熱驅(qū)動的高層大氣潮汐風(fēng)場及電離層。但與地球不同的是，火星沒有全球性的偶極磁場，卻廣泛分布著較強(qiáng)的巖石剩磁。外部太陽風(fēng)會直接與火星大氣或電離層發(fā)生相互作用。

那么，火星是否也存在與地球類似的電離層電流？假若存在，其物理成因是否也與地球電離層電流的一樣？

此前，有不少學(xué)者推測火星應(yīng)該存在類似地球一樣的電離層電流體系。有人提出火星的電離層電流體系是由電離層上面的太陽風(fēng)驅(qū)動。也有人提出，火星高層大氣的中性風(fēng)場會驅(qū)動電離層電流?！鞍ㄎ覈Ｈ谔栐趦?nèi)的火星表面磁場探測器的觀測數(shù)據(jù)都證實(shí)了火星表面磁場是存在著日變化的，但目前人們依舊缺乏對火星電離層磁場或電流的直接認(rèn)識?！比终呀鹫f，“為了了解火星電離層電流的真實(shí)分布特征，我們開展了此次研究。”

為了避免巖石剩磁對空間電流體系的干擾，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)MAVEN衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算了電離層中電流、電場的分布規(guī)律。結(jié)果表明，火星電離層電流主要沿著水平方向分布，而垂直方向電流強(qiáng)度較小。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，火星電離層中同時(shí)存在著兩種電流體系。一種是由電離層上方的太陽風(fēng)直接驅(qū)動的電流，其主要沿著太陽風(fēng)電場的方向，并呈現(xiàn)出晨昏不對稱性。另一種是由電離層下方的中性潮汐風(fēng)場驅(qū)動的電流，其分布與火星大氣中性風(fēng)場的分布形態(tài)近似相同，由晨側(cè)赤道處沿高緯度傳輸至昏側(cè)赤道處，并伴有季節(jié)性的電流強(qiáng)度變化。

此外，他們還提出了一種利用電離層電流來反演火星大氣平均風(fēng)場的方法，其結(jié)果與火星大氣環(huán)流模式導(dǎo)出的風(fēng)場結(jié)果在全球分布上非常接近，證明了利用衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)反演大氣風(fēng)場的可行性。

此次研究有助于深入理解太陽與火星之間的物質(zhì)能量交換過程，以及火星大氣離子的加速和逃逸機(jī)制?！按送?，還可增進(jìn)對非磁化行星空間環(huán)境形成機(jī)理的理解，對研究諸如金星、泰坦以及系外行星的空間環(huán)境也有一定啟示意義?！闭撐牡谝蛔髡吒呒丫S表示。

（原載于《科技日報(bào)》 2024-11-13?第02版）