天問(wèn)一號(hào)火星能量粒子分析儀科學(xué)成果發(fā)布

近期，由澳門科技大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）、中科院近代物理研究所、蘭州空間技術(shù)物理研究所、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)亨茨維爾分校和中科院國(guó)家空間科學(xué)中心組成的研究團(tuán)隊(duì)，利用天問(wèn)一號(hào)火星能量粒子分析儀獲得了首個(gè)科學(xué)成果，研究討論了基于該載荷在地火轉(zhuǎn)移軌道中觀測(cè)到的一個(gè)太陽(yáng)高能粒子事件。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上，并被美國(guó)天文學(xué)會(huì)（AAS）選為亮點(diǎn)工作，并進(jìn)行了專題報(bào)道。

火星能量粒子分析儀是我國(guó)首個(gè)用于研究行星際和近火星空間輻射環(huán)境的載荷，由中科院近代物理所和蘭州空間技術(shù)物理研究所聯(lián)合研制，于2020年7月搭載在天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器上發(fā)射升空，正式開啟了探測(cè)任務(wù)。

2020年11月29日，火星能量粒子分析儀在地火轉(zhuǎn)移軌道距太陽(yáng)1.39個(gè)天文單位（au）處，觀測(cè)到第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的首個(gè)大范圍太陽(yáng)高能粒子事件。

事件發(fā)生時(shí)，天問(wèn)一號(hào)與地球近似處于同一磁力線上，這使得天問(wèn)一號(hào)和地球附近航天器能夠在相隔數(shù)千萬(wàn)公里的地方觀測(cè)到來(lái)自相同源區(qū)的太陽(yáng)高能粒子，為研究太陽(yáng)高能粒子沿磁力線在行星際空間的傳播提供了一個(gè)寶貴的機(jī)會(huì)。

理解太陽(yáng)高能粒子的加速與傳播機(jī)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(huán)境進(jìn)入太空、失去地球磁場(chǎng)的保護(hù)，宇航員及航天器就必然暴露在強(qiáng)烈的高能粒子輻射之中。與通量長(zhǎng)期穩(wěn)定的銀河宇宙線不同，太陽(yáng)高能粒子事件的發(fā)生具有偶發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性。該類事件爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的能量粒子通常起源于太陽(yáng)耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射驅(qū)動(dòng)的激波加速過(guò)程，其通量可高于背景宇宙線達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)，不僅會(huì)對(duì)行星際和近地空間輻射環(huán)境帶來(lái)巨大影響，也對(duì)載人航天和深空探測(cè)等空間任務(wù)構(gòu)成巨大威脅。

通過(guò)對(duì)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(zhì)子通量觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)天問(wèn)一號(hào)和地球附近航天器關(guān)聯(lián)的磁力線并沒(méi)有連接到太陽(yáng)表面的爆發(fā)源區(qū)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(dá)天問(wèn)一號(hào)和地球附近航天器。另外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)兩個(gè)位置處觀測(cè)到的質(zhì)子能譜形狀非常相似，均表現(xiàn)為雙冪律譜，并且它們的質(zhì)子強(qiáng)度時(shí)間曲線在太陽(yáng)高能粒子事件衰減階段也有著相似的演化趨勢(shì)，呈現(xiàn)出典型的蓄水池現(xiàn)象。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，雙冪律能譜很可能是在激波加速源區(qū)產(chǎn)生，而傳播過(guò)程中的垂直擴(kuò)散效應(yīng)是解釋該事件中蓄水池現(xiàn)象的關(guān)鍵因素。此外，研究團(tuán)隊(duì)還討論了太陽(yáng)高能粒子事件峰值強(qiáng)度的徑向相關(guān)性和磁力線長(zhǎng)度相關(guān)性等。

在此次太陽(yáng)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(cè)數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)預(yù)期，儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠，為后續(xù)環(huán)火星探測(cè)數(shù)據(jù)的研究奠定了良好基礎(chǔ)，有望助力更好地了解火星輻射環(huán)境以及規(guī)劃深空探測(cè)任務(wù)。