“天问一号”助力，科学家研究“火星日凌”获重要成果

据中国科学院上海天文台网站，2021 年火星日凌期间（9 月下旬到 10 月中旬），在国家航天局支持下，中国科学院上海天文台、中国科学院国家空间科学中心、北京大学地球与空间科学学院、中国科学院国家天文台、澳大利亚塔斯马尼亚大学和欧洲甚长基线干涉测量研究所等中外科研机构，利用“天问一号”环绕器和“火星快车”轨道器的测控通信信号，联合开展了对太阳的日凌掩星观测，取得重要研究成果。相关研究论文已发表在国际专业期刊《天体物理学快报（The Astrophysical Journal Letters）》上。

(资料图)

火星日凌是指地球、火星运行至太阳两侧且三者近乎处于一条直线的自然现象。火星日凌期间，探测器向地球测控站发射的无线电信号经过临近太阳空间（以下简称“临日空间”），受太阳电磁辐射干扰导致其信号强度和频率发生变化，科学家通过对这些影响的研究，可以反演研究太阳的活动情况。

▲日凌期间，地球、火星与太阳之间的位置关系 | 图自中国科学院上海天文台网站，下同

2021 年火星日凌期间，“天问一号”环绕器和欧空局“火星快车”轨道器任务团队控制两个探测器定期向地球发射无线电信号，多国科学家利用国内外十多个射电望远镜，对两个探测器的信号受太阳影响情况进行了观测。

▲火星日凌期间，多个 VLBI 测站对天问一号和火星快车进行观测

2021 年 10 月 9 日，当火星投影点（火星在太阳附近的投影）距离日心 2.6 Rs（太阳半径）时，研究人员发现 6 个观测站接收到“天问一号”与“火星快车”的无线电信号频率出现了最强 ±20Hz、时间长达 10 分钟的扰动。

通过对扰动信号分析，研究人员发现在无线电信号传播过程中穿越临日空间时，该区域的电子总含量发生了上千个 TECU（总电子数单位，1TECU=1016 个电子 / 平方米）的变化。经过与大角度分光日冕仪 (LASCO) 在同一时期获取的光学遥感观测数据对比后发现，此次的电子总含量变化是由于日冕物质抛射 (CME) 现象引起的。CME 现象作为太阳上最剧烈的爆发现象之一，可快速抛射大量携带有磁场的等离子体，这些等离子体对信号的折射与散射效应会导致信号频率产生扰动。

由于相同的频率扰动信号抵达不同位置测站的时间不同，通过频率扰动信号与各测站之间的传播距离与传播时间，可计算得到 CME 的等离子体抛射速度，因此多站联测可以用来研究临日空间太阳活动的空间传播情况。

同时，在火星投影点附近更小的空间尺度范围内，观测到了因 CME 与冕流相互作用引起的冕流波。冕流波是一种大尺度日冕波动现象，又被称为“太阳上空飘扬的彩带”，反映了磁场对太阳风等离子体运动的约束情况。

IT之家了解到，本次观测还在 CME 离去时，探测到初生高速太阳风流。初生太阳风指刚刚从太阳射出的太阳风。

据介绍，此项工作得益于探测器射电遥感观测方法的高灵敏度，以及多站联合观测具有的高时间分辨率和高空间分辨率优势。该方法可以对原位探测器无法进入的临日空间和光学手段无法识别的空间小尺度快速变化现象进行观测，有助于研究人员更加细致地研究临日空间环境及其对深空通信的影响。