據(jù)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所消息，火星大氣逃逸是火星探測(cè)的核心科學(xué)問題。探索火星大氣逃逸，有助于闡釋火星全球氣候環(huán)境的演變過程。

　　研究表明，太陽風(fēng)是驅(qū)動(dòng)火星大氣粒子逃逸的最有效驅(qū)動(dòng)源之一。這是由于火星沒有全球磁場(chǎng)，太陽風(fēng)可直接與火星電離層或大氣離子發(fā)生相互作用，并通過電磁力不斷剝蝕、加速大氣離子逃逸到行星際空間。

　　早期觀測(cè)表明，太陽風(fēng)與火星電離層相互作用可驅(qū)動(dòng)或剝離大團(tuán)的火星電離層離子（如 O+、O2+），形成“等離子體云”爆發(fā)式、整體式地逃逸掉（圖 1）。然而，受制于飛船的觀測(cè)高度和儀器探測(cè)性能，關(guān)于“等離子體云”尤其是低高度的“等離子體云”的形成與演化機(jī)理，知之甚少。

　　為此，利用美國 MAVEN 火星探測(cè)器搭載的多種高性能科學(xué)探測(cè)儀器的數(shù)據(jù)觀測(cè)，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所博士研究生張馳與研究員戎昭金、魏勇，以及瑞典空間物理研究所、德國馬克斯?普朗克太陽系研究所、美國加州大學(xué)伯克利分校等合作，首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道火星低高度（600 km）范圍內(nèi)觀測(cè)到的周期性等離子體云結(jié)構(gòu)（圖 2）。

　　不同于以往研究，該周期性低高度的“等離子體云”結(jié)構(gòu)顯示出一系列新的觀測(cè)特征：離子能譜呈現(xiàn)出色散特征（能量高的離子可較早被觀測(cè)到），不同火星離子成分具有大致相同的速度，且等離子體云的出現(xiàn)伴隨著總磁場(chǎng)增加，以及強(qiáng)的太陽風(fēng)電子沉降特征。分析結(jié)果表明，這些等離子體云是起源于低高度電離層區(qū)域（～120 km 高度），沿著開放磁力線尾向逃逸。同時(shí)，估算顯示，該事件中“等離子體云”可顯著提高火星大氣離子的逃逸率。這表明“等離子體云”是火星大氣離子逃逸的主要方式。

　　根據(jù)這些觀測(cè)特征，如圖 3 所示，研究提出“等離子體云”的可能形成機(jī)制應(yīng)為：

　　周期性的太陽風(fēng)壓縮火星磁層，誘發(fā)太陽風(fēng)磁場(chǎng)與火星殼磁場(chǎng)之間發(fā)生周期性地磁場(chǎng)重聯(lián)，磁場(chǎng)重聯(lián)產(chǎn)生了開放磁力線以及沉降的太陽風(fēng)等離子體，沉降的太陽風(fēng)等離子體加熱低高度電離層等離子體，使這些低高度等離子體周期性地向外逃逸。

　　該研究首次報(bào)道了火星低高度等離子體云結(jié)構(gòu)，并提出了其可能產(chǎn)生的物理機(jī)制，這對(duì)于理解火星離子逃逸以及太陽風(fēng)與火星相互作用具有重要的科學(xué)意義，并為后續(xù)分析我國“天問一號(hào)”火星探測(cè)數(shù)據(jù)提供了重要的指導(dǎo)方向。

　　據(jù)了解，相關(guān)研究成果發(fā)表在The Astrophysical Journal Letters上。