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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)的科研人員首次構(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。近日，相關(guān)研究成果發(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。

太陽(yáng)高能粒子事件是由太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)產(chǎn)生的最具破壞性的空間天氣事件之一。事件發(fā)生期間，空間中的高能帶電粒子突然增強(qiáng)，可能對(duì)在軌航天器和航天員的安全造成巨大威脅。與地球不同，因缺少磁場(chǎng)保護(hù)且大氣稀薄，火星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。探討太陽(yáng)高能粒子事件對(duì)火星空間的影響，對(duì)未來火星探測(cè)任務(wù)的防輻射工作具有重要影響。

2021年11月，我國(guó)研制的天問一號(hào)環(huán)繞器進(jìn)入火星科學(xué)任務(wù)軌道，其搭載的能量粒子分析儀開始探測(cè)火星空間的粒子通量。2022年2月15日，能量粒子分析儀觀測(cè)到一個(gè)流量和能量極高的太陽(yáng)高能粒子事件。這是我國(guó)科學(xué)家觀測(cè)到的首個(gè)在火星表面引起輻射劑量增強(qiáng)的事件。能量粒子分析儀能夠探測(cè)2~100MeV的質(zhì)子通量，擴(kuò)充了火星空間高能質(zhì)子的能量監(jiān)測(cè)范圍，為該研究提供了數(shù)據(jù)支持。

該團(tuán)隊(duì)使用多個(gè)探測(cè)器數(shù)據(jù)來構(gòu)建相關(guān)質(zhì)子能譜。中低能段的質(zhì)子能譜由能量粒子分析儀和美國(guó)高能粒子儀提供。更高能段的質(zhì)子通量是團(tuán)隊(duì)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模擬反演得到。研究通過對(duì)上述觀測(cè)和反演的能譜進(jìn)行擬合，得到了此次太陽(yáng)高能粒子事件在火星空間1~1000MeV能量范圍內(nèi)的完整質(zhì)子能譜。

進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)利用這一完整能譜計(jì)算此次事件在火星軌道和火星表面引發(fā)的輻射劑量，得到的結(jié)果與軌道和表面實(shí)際測(cè)量值定量相符。這驗(yàn)證了天問一號(hào)能量粒子分析儀數(shù)據(jù)的可靠性以及火星輻射傳輸模型的精準(zhǔn)性。

上述研究加深了科學(xué)家對(duì)火星空間輻射環(huán)境的認(rèn)知，為未來類似事件研究提供了參考。同時(shí)，該研究強(qiáng)調(diào)了在火星進(jìn)行連續(xù)和協(xié)同輻射監(jiān)測(cè)的必要性。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院等的支持。

論文鏈接

2022年2月15日，太陽(yáng)高能粒子事件同時(shí)被我國(guó)的天問一號(hào)軌道器、歐洲航天局的微量氣體軌道飛行器、美國(guó)航空航天局的火星大氣和揮發(fā)性演化軌道器以及火星表面的“好奇號(hào)”火星車探測(cè)到。