火星空間太陽高能粒子能譜完整構(gòu)建
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】太陽高能粒子事件是由太陽爆發(fā)活動(dòng)產(chǎn)生的最具破壞性的空間天氣事件之一。在事件期間，空間中高能帶電粒子會突然增強(qiáng)，可能對在軌航天器和航天員的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。火星由于缺少磁場保護(hù)且大氣稀薄，其表面更易受到高能粒子及其在火星大氣中生成的次級粒子的影響。因此，研究太陽高能粒子事件對火星空間的影響具有至關(guān)重要的意義。
2022年2月15日，火星經(jīng)歷了一次流量和能量極高的太陽高能粒子事件。此次事件引起了全球科研人員的廣泛關(guān)注，因?yàn)樗粌H提供了深入了解火星空間輻射環(huán)境的機(jī)會，還為未來火星探測任務(wù)中的防輻射工作提供了寶貴的數(shù)據(jù)和洞見。
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)的科研人員首次構(gòu)建了火星空間完整的太陽高能粒子事件的質(zhì)子能譜，對火星空間輻射環(huán)境的監(jiān)測具有重要意義。
此次事件中，中國的天問一號軌道器(Tianwen-1)、歐洲空間局的微量氣體軌道飛行器(TGO)、美國國家航空航天局的火星大氣和揮發(fā)性演化軌道器(MAVEN)以及火星表面的“好奇號”火星車(MSL)均參與了探測。這是火星空間首次有如此多的探測器同時(shí)探測到同一個(gè)太陽高能粒子事件，為科研人員提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。
科研人員利用這些探測器的數(shù)據(jù)，結(jié)合火星大氣粒子傳輸模擬，構(gòu)建了相關(guān)質(zhì)子能譜。中低能段的質(zhì)子能譜由MEPA和MAVEN上的能量粒子儀提供，而更高能段的質(zhì)子通量則是通過結(jié)合火星表面的輻射評估探測器和火星粒子傳輸模型仿真反演得到的。通過對這些觀測和反演能譜進(jìn)行擬合，科研人員得到了此次太陽高能粒子事件在火星空間1至1000MeV能量范圍內(nèi)的完整質(zhì)子能譜。
利用這一完整能譜，科研人員計(jì)算了此次太陽高能粒子事件在火星軌道和火星表面引發(fā)的輻射劑量。計(jì)算結(jié)果與軌道和表面的實(shí)際測量值定量相符，驗(yàn)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。這一結(jié)果不僅加深了對火星空間輻射環(huán)境的理解，還為未來類似事件的研究提供了參考。
相關(guān)研究成果The 2022 February 15 Solar Energetic Particle Event at Mars: A Synergistic Study Combining Multiple Radiation Detectors on the Surface and in Orbit of Mars With Models于近日發(fā)表在《地球物理研究快報(bào)》(Geophysical Research Letters)上，并被選為當(dāng)期封面文章。
參考來源： 近代物理研究所
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