记者26日从中国科学院地质与地球物理研究所获悉，基于火星大气与挥发物演化任务（MAVEN）探测器的观测数据，该所科研人员深入研究了火星磁尾电流片中的逃逸离子流，首次发现在磁尾电流片中的火星大气离子有时会呈现出高能量、高通量的高速逃逸现象。相关研究成果在线发表于《地球物理研究快报》。

火星与地球同处于太阳系宜居带上，和地球类似，火星也具有丰富的地貌，比如高耸的山峦、广阔的平原、蜿蜒的河道等。人们猜测，大约37亿年前，火星可能也是一颗宜居的星球。然而，当前火星却演化成了一颗大气稀薄、又干又冷的“死寂”星球。

火星的大气和水究竟流向了哪里？是如何流失的？目前，学界认为太阳风是驱动火星大气和水逃逸的一个重要机制。

“由于火星内核磁场发电机在约37亿年前停止运转，火星缺失了能够保护大气的全球磁场。因此，外部太阳风离子能够无障碍地冲击火星大气层，进而不断剥蚀火星大气离子逃逸到外太空。”论文通讯、中国科学院地质地球所研究员戎昭金解释。

通过多年的卫星观测，科学家大致摸清了火星大气离子的逃逸规律，发现火星大气离子存在两条主要逃逸通道。“尽管如此，科学家对具体的逃逸过程和相关物理现象还缺乏深入的认识。”戎昭金坦言。

此次，科研人员聚焦火星大气离子逃逸的关键区域——火星磁尾电流片开展了深入研究。他们发现，火星磁尾电流片中有时会出现高速的尾向离子流，这些高速离子流的主要成分为火星大气重离子，其能量可高达约1200电子伏特，尾向逃逸速度可达约100千米/秒。

“这个速度明显高于我们的传统认知，以前的研究认为，火星磁尾电流片中的离子能量普遍不超过50电子伏特，尾向逃逸速度仅为20千米/秒。”戎昭金说，这些活动现象虽然出现频次不高，但会显著增强火星大气离子的逃逸。

戎昭金表示，这项研究为认识火星大气离子逃逸物理过程提供了关键事实依据，加深了对火星离子逃逸的认识。（记者 陆成宽）

来源：科技日报

随着近日中国科学院地质与地球物理研究所发布的关于火星大气与挥发物演化任务（MAVEN）探测器观测成果的研究论文，我们不仅深入了解了火星磁场力消失对行星大气和水流失的影响，更揭示了磁尾电流片上产生的高频磁尾离子流这一未被广泛重视的现象。
首先，火星大气和水的逃逸问题一直以来都是人类探索火星的重要课题。由太阳风驱动的环流效应导致了火星大气、水及其他液态物质的流失，这是导致火星表面环境逐渐恶化的主要原因之一。以往的研究多侧重于揭示火星大气动力学结构及其逃逸机制，而关于火星磁尾电流片上的逃逸现象则相对较少关注。
此次研究论文对火星磁尾电流片区域进行了详细的观察，并通过多种技术手段捕捉到了火星大气逃逸粒子的相关特征。其中，研究人员利用MAVEN探测器观测的数据发现，在磁尾电流片处，磁场电流的振荡频率增加，这表明火星磁尾电流片可能存在高频率的尖锐信号，即所谓的磁尾电流流（MHz波）。这类脉冲信号的能量通常较高，约为1200电子伏特，超过此前火星大气带电粒子的能量阈值（一般在50-100电子伏特之间），而且磁尾电流流的方向和大小会随磁极周期性改变。
磁场电流流的速度也为先前忽略的科学现象带来了新的启示。实验显示，磁尾电流流的速率在单个磁极周期期间可能会达到约100千米/秒，远超常规预期的20千米/秒，反映出在磁场失效后，火星磁极之间的跳动产生了加速或减速现象，促使火星大气离子的逃离更加活跃。
此外，通过对磁尾电流流中逃逸质子进行重离子分析，研究人员发现逃逸质子以极高的能量穿越了重力加速度小于真空的磁场核心区，且距离地面的高度明显大于地面的近地轨道高度。这意味着这些逃逸质子到达远离地球表面的高层大气区，进一步提高了它们逃离火星的动力。
这项研究对于深化对火星大气和水流动路径的理解以及理解如何影响火星大气逃逸的过程具有重要意义。对于后续的火星探测任务，了解和掌握这种高频磁尾离子流的特性，有助于推进对火星环境动态变化的科学研究，例如预测和模拟其未来可能出现的大气污染问题，从而更好地规划与火星探测相关的资源开发和安全措施。
综上所述，中国科学院地质与地球物理研究所此次火星磁尾电流片逃逸粒子观测结果表明，高温、高能的磁尾电流流在火星磁尾电流片上并非偶然发生，而是火星磁场自减退后的独特表现。这项研究揭示出火星大气逃脱的关键环节，为我们探究火星气候演变历史和现有环境状态提供了一个全新的视角，同时也为后续火星探测任务提供了更为精确的信息支持。面对即将到来的新一轮火星探测计划，我们需要进一步深入研究磁尾电流流及其物理性质，以便准确预判并采取相应的策略应对潜在的宇宙环境挑战。