中外科学家全球首次完整构建火星空间太阳高能粒子能谱

IT之家 11 月 20 日报道称，中国科学院近代物理研究所今日宣布，科学家们首次成功建立了火星空间完整的太阳高能粒子事件的质子能谱，这一成就对于监测火星空间的辐射环境具有重要意义。

上述研究成果已在国际著名学术期刊《地球物理研究快报》上发表，并被该期刊选为封面文章。

太阳高能粒子事件是由太阳活动引发的破坏性空间天气事件之一。在这类事件发生期间，空间中的高能带电粒子会突然增强，可能严重威胁到在轨航天器和航天员的安全。由于火星缺乏磁场防护且大气稀薄，其地表更容易受到高能粒子及在火星大气中产生的次级粒子的影响。研究太阳高能粒子事件对火星空间的影响对未来的火星探测任务中的防辐射工作至关重要。

2021 年 11 月，中国的天问一号环绕器进入了火星科学任务轨道，搭载的能量粒子分析仪（MEPA）开始了对火星空间粒子通量的探测。截至 2022 年 2 月 15 日，能量粒子分析仪观测到了一个流量和能量极高的太阳高能粒子事件，这也是中国科学家首次在火星表面探测到引起辐射剂量增加的事件。

此次事件同时被欧洲航天局的微量气体轨道飞行器（TGO）、美国航空航天局的火星大气和挥发性演化轨道器（MAVEN）以及火星表面的好奇号火星车检测到。这是首次有如此多探测器同时探测到火星空间中同一太阳高能粒子事件。

此前，美国的MAVEN轨道器搭载的太阳高能粒子仪只能测量能量低于 7MeV 的质子通量。而中国的天问一号能量粒子分析仪可以检测 2-100MeV 的质子通量，显著扩大了火星空间高能质子能量监测的范围，为本研究提供了重要的数据支持。

来自中国科学技术大学、中国科学院近代物理研究所、兰州空间技术物理研究所和德国基尔大学的科学家们结合中外高能粒子和辐射探测数据，通过火星大气粒子传输模拟，第一次完整地构建了太阳高能粒子在火星空间的能谱。

该研究利用多个探测器数据构建了相关的质子能谱：

• 能量粒子分析仪和美国高能粒子仪提供了中低能段的质子能谱。

• 团队通过结合火星表面辐射评估探测器和火星粒子传输模型模拟反演，获得了更高能段的质子通量。

研究团队通过对以上观测和反演的能谱进行拟合，获得了这次太阳高能粒子事件在火星空间 1~1000MeV 能量范围内的完整质子能谱。

研究团队利用这一完整能谱计算了此次事件在火星轨道和火星表面引起的辐射剂量，其结果与实际测量值相符。

这一研究结果验证了天问一号能量粒子分析仪数据的可靠性以及火星辐射传输模型的准确性。这项研究深化了对火星空间辐射环境的认识，为未来类似事件的研究提供了参考，并突显了在火星进行连续和协同辐射监测的必要性。

此研究得到了中国科学院重点研究计划、战略重点项目以及国家自然科学基金的支持。该论文的第一作者是中国科学技术大学的博士研究生张建，并由中国科学技术大学的郭静楠教授、中国科学院近代物理研究所的张永杰副研究员、孙志宇研究员以及兰州空间技术物理研究所的李存惠研究员担任通讯作者。

IT之家提供的原文链接：

https://doi.org/10.1029/2024GL111775

广告声明：此文章可能包含跳转链接，仅供信息传递，节省查找时间，结果仅供参考。