【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院近代物理研究所、蘭州空間技術(shù)物理研究所和德國基爾大學(xué)的科研人員利用中外高能粒子及輻射探測數(shù)據(jù)，結(jié)合火星大氣粒子傳輸模擬，首次完整地構(gòu)建了太陽高能粒子在火星空間的能譜。對火星空間輻射環(huán)境的監(jiān)測具有重要意義。相關(guān)成果日前發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊地球物理研究快報《地球物理研究快報》(Geophysical Research Letters)上，并被該雜志選為當(dāng)期封面文章。
 

　　太陽高能粒子事件(SPE)是由太陽爆發(fā)活動產(chǎn)生的最具破壞性的空間天氣事件之一。太陽高能粒子事件期間，空間中的高能帶電粒子會突然增強(qiáng)，可能對在軌航天器的安全運行和航天員的生命安全造成巨大威脅。和地球不同，火星由于沒有全球磁場的保護(hù)且大氣稀薄，使得其表面也易受這些高能帶電粒子及其在火星大氣中生成的次級粒子的影響。研究太陽高能粒子事件對火星空間的影響，對于未來火星探測任務(wù)中的防輻射工作非常重要。
 

　　在此之前，火星軌道上MAVEN衛(wèi)星搭載的太陽高能粒子儀(Solar Energetic Particle Instrument,SEP)能夠探測到能量在7MeV以下的質(zhì)子通量。而如今MEPA探測器能夠探測2-100MeV的質(zhì)子的通量，極大程度地擴(kuò)充了火星空間高能質(zhì)子的能量監(jiān)測范圍，為本項研究提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。
 

　　2022年2月15日的SPE是“天問一號”環(huán)繞器進(jìn)入火星科學(xué)任務(wù)軌道以來，首個能夠在火星表面引起輻射劑量增強(qiáng)的事件。此事件在火星表面引發(fā)的輻射劑量被火星表面“好奇號”火星車上搭載的輻射評估探測器(Radiation Assessment Detector,RAD)完整地記錄。本研究聯(lián)合利用了多個探測器數(shù)據(jù)來構(gòu)建完整的SPE質(zhì)子能譜：火星軌道上的高能粒子探測器MANEN/SEP和MEPA測得了中低能段的質(zhì)子能譜(20-100MeV)；而更高能段的質(zhì)子通量是結(jié)合火星表面的“好奇號”火星車的數(shù)據(jù)和火星粒子傳輸模擬反演而得出。研究人員繼而使用雙冪律函數(shù)對上述觀測和反演的能譜進(jìn)行擬合，得到了此次SPE事件在火星空間的1-1000MeV之間的完整的質(zhì)子能譜(圖2)。研究又利用這一完整的SPE能譜計算了此次事件在火星軌道和火星表面引發(fā)的輻射劑量，得到的結(jié)果與軌道處的歐洲航天局的微量氣體軌道飛行器(TGO)和火星表面的“好奇號”火星車(MSL)的實際測量值均定量相符。這一結(jié)果同時驗證了MEPA數(shù)據(jù)的可靠性和火星輻射傳輸模型的精準(zhǔn)性，結(jié)果可作為將來類似事件研究的比對參考。
 

　　本研究使用了火星處多個粒子和輻射探測器的觀測數(shù)據(jù)，并結(jié)合了火星輻射傳輸模型，重構(gòu)了火星空間完整的太陽高能粒子事件的質(zhì)子能譜，加深了我們對火星空間輻射環(huán)境的理解，為未來類似事件研究提供了參考，同時凸顯了在火星進(jìn)行連續(xù)和協(xié)同輻射監(jiān)測的必要性。
 

　　圖1.2022年2月15日爆發(fā)的太陽高能粒子事件同時被中國的“天問一號”軌道器(Tianwen-1)、ESA的微量氣體軌道飛行器(TGO)、NASA的火星大氣和揮發(fā)性演化軌道器(MAVEN)以及火星表面的“好奇號”火星車(MSL)探測到。(GRL封面文章插圖)

 

圖2.觀測的能譜和構(gòu)建的2022年2月15日事件完整的質(zhì)子能譜
 

　　上述成果近期發(fā)表在《地球物理研究快報》上，并被選為當(dāng)期封面文章。研究受到中國科學(xué)院重點研究計劃和戰(zhàn)略重點項目(ZDBS-SSW-TLC00103，XDB41000000)和國家自然科學(xué)基金(42188101，42074222和42130204)等項目支持。論文第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生張建，通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭靜楠教授、中國科學(xué)院近代物理研究所的張永杰副研究員和孫志宇研究員以及蘭州空間技術(shù)物理研究所的李存惠研究員。