訊息：天問(wèn)一號火星能量粒子分析儀首個(gè)科學(xué)成果發(fā)布

(相關(guān)資料圖)

近日，中國科學(xué)院近代物理研究所與國內外多家單位合作，利用天問(wèn)一號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移軌道中觀(guān)測到的一個(gè)太陽(yáng)高能粒子事件。這一成果日前在國際學(xué)術(shù)期刊《天體物理學(xué)雜志快報》發(fā)表。

火星能量粒子分析儀是我國首個(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)一號火星探測器上發(fā)射升空，正式開(kāi)啟了探測任務(wù)。

2020年11月29日，火星能量粒子分析儀在地火轉移軌道距太陽(yáng)1.39天文單位處，觀(guān)測到第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的首個(gè)大型徑向分布的太陽(yáng)高能粒子事件。事件發(fā)生時(shí)，天問(wèn)一號與地球近似處于同一根磁力線(xiàn)上，這使得天問(wèn)一號和地球附近航天器能夠在相隔數千萬(wàn)公里的地方觀(guān)測到來(lái)自相同源區的太陽(yáng)高能粒子，為探究太陽(yáng)高能粒子沿磁力線(xiàn)在行星際空間的傳播提供了寶貴的機會(huì )。

△天問(wèn)一號搭載的火星能量粒子分析儀觀(guān)測到的太陽(yáng)高能粒子事件的事件關(guān)聯(lián)譜

剖析太陽(yáng)高能粒子的加速與傳播機制是空間物理和空間天氣研究的重要課題之一。一旦離開(kāi)近地環(huán)境進(jìn)入太空、失去地球磁場(chǎng)的保護，宇航員及航天器就必然暴露在強烈的高能粒子輻射之中。與通量長(cháng)期穩定的銀河宇宙線(xiàn)不同，太陽(yáng)高能粒子事件在任何一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期內具有偶發(fā)、不可預測的特性。該事件爆發(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)拋射驅動(dòng)的激波加速過(guò)程，其通量高于背景宇宙線(xiàn)達幾個(gè)數量級，對行星際和近地空間輻射環(huán)境帶來(lái)巨大影響，并對載人航天和深空探測等空間任務(wù)構成巨大威脅。

近代物理所在獲得回傳的數據資料后，對火星能量粒子分析儀的工況進(jìn)行了檢查，確認其在軌工作狀態(tài)良好?？蒲腥藛T構建了仿真軟件，使用模擬數據對回傳的抽樣原始數據刻度計算結果進(jìn)行比較驗證，得到了火星能量粒子分析儀對不同種類(lèi)入射粒子的幾何因子；梳理了抽樣原始數據與觀(guān)測在軌能譜的關(guān)系，建立了一套完整的數據分析處理方法，確保了科學(xué)探測數據質(zhì)量的可靠性。

以高質(zhì)量的質(zhì)子通量數據為基礎，近代物理所與澳門(mén)科技大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、蘭州空間技術(shù)物理研究所、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、美國阿拉巴馬大學(xué)亨茨維爾分校和中科院國家空間科學(xué)中心合作，結合地球附近航天器的觀(guān)測數據，圍繞此次太陽(yáng)高能粒子事件開(kāi)展了能量粒子的加速和傳播機制的物理研究。

通過(guò)比較火星能量粒子分析儀與近地航天器的質(zhì)子通量數據，研究發(fā)現天問(wèn)一號和地球附近航天器關(guān)聯(lián)的磁力線(xiàn)并沒(méi)有連接到太陽(yáng)表面的爆發(fā)源區和行星際激波，這意味著(zhù)高能粒子必須跨越磁力線(xiàn)才能到達天問(wèn)一號和地球附近航天器。另外，研究還發(fā)現兩個(gè)位置處觀(guān)測到的質(zhì)子能譜形狀非常相似，均表現為雙冪律譜，且它們的質(zhì)子強度時(shí)間曲線(xiàn)在太陽(yáng)高能粒子事件衰減階段也有著(zhù)相似的演化趨勢，呈現出典型的蓄水池現象。研究認為，雙冪律能譜很可能是在激波加速源區產(chǎn)生，而傳播過(guò)程中的垂直擴散效應是解釋該事件中蓄水池現象的關(guān)鍵因素。此外，研究還討論了太陽(yáng)高能粒子事件峰值強度的徑向相關(guān)性和磁力線(xiàn)長(cháng)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觀(guān)測數據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計預期，儀器測得的數據質(zhì)量可靠，為后續環(huán)火星探測數據的研究奠定了良好的基礎，有望幫助科學(xué)家更好地了解火星輻射環(huán)境以及規劃深空探測任務(wù)。

（總臺央視記者 帥俊全）

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