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“火星日凌”是指地球、火星運(yùn)行至太陽(yáng)兩側(cè)且三者近乎處于一條直線的自然現(xiàn)象。2021年9月下旬至10月中旬，執(zhí)行我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)的“天問(wèn)一號(hào)”經(jīng)歷了首次“火星日凌”，與地球的通信受到太陽(yáng)電磁輻射的干擾，出現(xiàn)不穩(wěn)定甚至中斷，一個(gè)月“不在服務(wù)區(qū)”。

火星日凌期間，地球、火星與太陽(yáng)之間的位置關(guān)系示意圖。(受訪對(duì)象供圖)

正是在火星日凌期間，“天問(wèn)一號(hào)”環(huán)繞器和歐空局“火星快車”軌道器任務(wù)團(tuán)隊(duì)，通過(guò)兩個(gè)探測(cè)器定期向地球發(fā)射無(wú)線電信號(hào)，多國(guó)科學(xué)家利用國(guó)內(nèi)外十多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡，對(duì)兩個(gè)探測(cè)器的信號(hào)受太陽(yáng)影響情況進(jìn)行了觀測(cè)，獲取大量數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)院國(guó)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(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)和歐洲甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量研究所等中外科研機(jī)構(gòu)，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(guó)際專業(yè)期刊《天體物理學(xué)快報(bào)(The Astrophysical Journal Letters)》上。

火星日凌期間，多個(gè)VLBI測(cè)站對(duì)“天問(wèn)一號(hào)”和“火星快車”進(jìn)行觀測(cè)示意圖。(受訪對(duì)象供圖)

據(jù)論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)青年研究員馬茂莉介紹，2021年10月9日，當(dāng)火星投影點(diǎn)(火星在太陽(yáng)附近的投影)距離日心2.6 Rs(太陽(yáng)半徑)時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，6個(gè)觀測(cè)站接收到“天問(wèn)一號(hào)”環(huán)繞器與“火星快車”軌道器的無(wú)線電信號(hào)頻率，出現(xiàn)了最強(qiáng)±20Hz、時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10分鐘的擾動(dòng)。

通過(guò)對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，無(wú)線電信號(hào)在穿越臨日空間時(shí)，該區(qū)域的電子總含量發(fā)生了上千個(gè)TECU(總電子數(shù)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)遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，此次的電子總含量變化是由于日冕物質(zhì)拋射(CME)現(xiàn)象引起的。CME現(xiàn)象是太陽(yáng)最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)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(nèi)，觀測(cè)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(xiàn)象，被稱為“太陽(yáng)上空飄揚(yáng)的彩帶”，反映了磁場(chǎng)對(duì)太陽(yáng)風(fēng)等離子體運(yùn)動(dòng)的約束情況。

本次觀測(cè)，還在CME離去時(shí)探測(cè)到了初生高速太陽(yáng)風(fēng)流。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)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(hào)”“火星快車”探測(cè)器射電遙感觀測(cè)方法的高靈敏度，以及多站聯(lián)合觀測(cè)具有的高時(shí)間分辨率、高空間分辨率優(yōu)勢(shì)。利用這一方法，今后可對(duì)原位探測(cè)器無(wú)法進(jìn)入的臨日空間和光學(xué)手段無(wú)法識(shí)別的小尺度快速變化現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)，有助于研究人員更加細(xì)致地研究臨日空間環(huán)境及其對(duì)深空通信的影響。

關(guān)鍵詞： 火星快車 中國(guó)科學(xué)院 無(wú)線電信號(hào) 研究人員 等離子體