火星空間太陽(yáng)高能粒子能譜完整構(gòu)建

太陽(yáng)高能粒子事件是由太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)產(chǎn)生的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(huì)突然增強(qiáng)，可能對(duì)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(chǎng)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(jí)粒子的影響。因此，研究太陽(yáng)高能粒子事件對(duì)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高的太陽(yáng)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(huì)，還為未來(lái)火星探測(cè)任務(wù)中的防輻射工作提供了寶貴的數(shù)據(jù)和洞見(jiàn)。

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)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(guó)基爾大學(xué)的科研人員構(gòu)建了火星空間完整的太陽(yáng)高能粒子事件的質(zhì)子能譜，對(duì)火星空間輻射環(huán)境的監(jiān)測(cè)具有重要意義。

　　此次事件中，中國(guó)的天問(wèn)一號(hào)軌道器(Tianwen-1)、歐洲空間局的微量氣體軌道飛行器(TGO)、美國(guó)國(guó)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(hào)”火星車(chē)(MSL)均參與了探測(cè)。這是火星空間有如此多的探測(cè)器同時(shí)探測(cè)到同一個(gè)太陽(yáng)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(cè)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(guò)結(jié)合火星表面的輻射評(píng)估探測(cè)器和火星粒子傳輸模型仿真反演得到的。通過(guò)對(duì)這些觀測(cè)和反演能譜進(jìn)行擬合，科研人員得到了此次太陽(yáng)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(yáng)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(cè)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。這一結(jié)果不僅加深了對(duì)火星空間輻射環(huán)境的理解，還為未來(lái)類(lèi)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。