“天問(wèn)一號”助力“火星日凌”研究(新知)

“火星日凌”是指地球、火星運行至太陽(yáng)兩側且三者近乎處于一條直線(xiàn)的自然現象。2021年9月下旬至10月中旬，執行我國首次火星探測任務(wù)的“天問(wèn)一號”經(jīng)歷了第一次“火星日凌”，與地球的通信受到太陽(yáng)電磁輻射的干擾，出現不穩定甚至中斷，一個(gè)月“不在服務(wù)區”。

正是在“火星日凌”期間，“天問(wèn)一號”環(huán)繞器和歐空局“火星快車(chē)”軌道器任務(wù)團隊，通過(guò)兩個(gè)探測器定期向地球發(fā)射無(wú)線(xiàn)電信號，多國科學(xué)家利用國內外10多個(gè)射電望遠鏡，對兩個(gè)探測器的信號受太陽(yáng)影響情況進(jìn)行了觀(guān)測，獲取大量數據。

通過(guò)對這些數據進(jìn)行深入分析，中國科學(xué)院上海天文臺、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心、北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院、中國科學(xué)院國家天文臺、澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)和歐洲甚長(cháng)基線(xiàn)干涉測量研究所等中外科研機構聯(lián)合進(jìn)行的“火星日凌”研究，近期獲得重要成果，相關(guān)研究論文已發(fā)表在國際專(zhuān)業(yè)期刊《天體物理學(xué)快報》上。

據論文通訊作者、中國科學(xué)院上海天文臺青年研究員馬茂莉介紹，2021年10月9日，當火星投影點(diǎn)(火星在太陽(yáng)附近的投影)距離日心2.6Rs(太陽(yáng)半徑)時(shí)，研究人員發(fā)現，6個(gè)觀(guān)測站接收到“天問(wèn)一號”環(huán)繞器與“火星快車(chē)”軌道器的無(wú)線(xiàn)電信號頻率，出現了最強±20Hz、時(shí)間長(cháng)達10分鐘的擾動(dòng)。

通過(guò)對擾動(dòng)信號的分析，研究人員發(fā)現，無(wú)線(xiàn)電信號在穿越臨日空間時(shí)，該區域的電子總含量發(fā)生了上千個(gè)TECU(總電子數單位，1TECU=1016個(gè)電子/平方米)的變化。

經(jīng)過(guò)與大角度分光日冕儀在同一時(shí)期獲取的光學(xué)遙感觀(guān)測數據對比后發(fā)現，此次的電子總含量變化是由于日冕物質(zhì)拋射(CME)現象引起的。CME現象是太陽(yáng)最劇烈的爆發(fā)現象之一，可快速拋射大量攜帶有磁場(chǎng)的等離子體。

同時(shí)，在火星投影點(diǎn)附近更小的空間尺度范圍內，觀(guān)測到因CME與冕流相互作用引起的冕流波。冕流波是一種大尺度日冕波動(dòng)現象，被稱(chēng)為“太陽(yáng)上空飄揚的彩帶”，反映了磁場(chǎng)對太陽(yáng)風(fēng)等離子體運動(dòng)的約束情況。

本次觀(guān)測，還在CME離去時(shí)探測到了初生高速太陽(yáng)風(fēng)流。業(yè)內專(zhuān)家認為，這次中外聯(lián)合成功進(jìn)行“火星日凌”研究，得益于“天問(wèn)一號”“火星快車(chē)”探測器射電遙感觀(guān)測方法的高靈敏度，以及多站聯(lián)合觀(guān)測具有的高時(shí)間分辨率、高空間分辨率優(yōu)勢。利用這一方法，今后可對原位探測器無(wú)法進(jìn)入的臨日空間和光學(xué)手段無(wú)法識別的小尺度快速變化現象進(jìn)行觀(guān)測，有助于研究人員更加細致地研究臨日空間環(huán)境及其對深空通信的影響。(人民日報 張建松 胡 喆)