火星电离层电子密度对太阳辐射变化的响应研究取得新进展

火星电离层电子密度对太阳辐射变化的响应研究取得新进展

火星作为地球的近邻，其电离层的特性一直备受关注。近日，中国科学院地质与地球物理研究所的研究团队通过分析火星全球勘探者号（MGS）的电离层掩星探测数据，揭示了火星电离层电子密度对太阳辐射变化的响应特性。

研究背景与方法

太阳辐射是影响火星电离层变化的重要因素。研究团队利用MGS探测器获取的电离层掩星数据，并结合火星电离层总电子含量（TEC）经验模型，重点研究了火星北半球高纬地区电离层电子密度对太阳辐射变化的响应特性。

研究发现

研究发现，随着太阳辐射增强，火星电离层M2层峰值密度增大，但增长偏离线性趋势，而M2层峰值高度和大气标高没有明显变化趋势。从100~200 km高度区域掩星电子密度剖面积分得到的TEC及底部和顶部TEC也随太阳辐射增大而增大，但增长率有所减小，表明火星电离层可能存在类似地球电离层的饱和特征。

此外，MGS掩星TEC及其底部和顶部剖面的TEC与经验模型TEC的比值均与太阳辐射强度变化呈反相关特性，表明在强太阳辐射情形下200 km以上电子含量在TEC中占比增大。这一特性意味着太阳活动增强，在火星顶部电离层区域，动力学过程对电离层的控制逐渐超过光化学过程。

图表说明

图 1. 地球与火星轨道处的太阳辐射指数变化

图 2. 基于MGS数据获得的三个SZA时刻火星电离层电子密度剖面

图 3. 顶部图为峰值电子密度随SZA的变化

图 4. TECT、TECB与TECMGS对TEC的贡献随SZA的变化

图 5. (a) 从上至下依次为M1层和M2层峰值电子密度、hmM2、HnM2随F10.7P的变化; (b) TECT、TECB与TECMGS随F10.7P的变化

图 6. TECT、TECB与TECMGS对TEC的贡献随F10.7P的变化

图 7. M1和M2层的峰值密度之比以及200 km以上的电子含量随太阳活动指数的变化

结论

这项研究不仅深化了我们对火星电离层物理过程的理解，也为未来火星探测任务提供了重要的科学参考。研究结果表明，火星电离层对太阳辐射变化的响应具有复杂的非线性特征，这与地球电离层的响应特性既有相似之处，也存在显著差异。

本文原文来自中国科学院地质与地球物理研究所