“天問一號”助力科學家研究“火星日凌”獲重要成果

“火星日凌”是指地球、火星運行至太陽兩側且三者近乎處於一條直線的自然現象。2021年9月下旬至10月中旬，執行我國首次火星探測任務的“天問一號”經歷了首次“火星日凌”，與地球的通信受到太陽電磁輻射的干擾，出現不穩定甚至中斷，一個月“不在服務區”。

△火星日凌期間，地球、火星與太陽之間的位置關係示意圖。

正是在火星日凌期間，“天問一號”環繞器和歐空局“火星快車”軌道器任務團隊，通過兩個探測器定期向地球發射無線電信號，多國科學家利用國內外十多個射電望遠鏡，對兩個探測器的信號受太陽影響情況進行了觀測，獲取大量數據。

通過對這些數據進行深入分析，中國科學院上海天文台、中國科學院國家空間科學中心、北京大學地球與空間科學學院、中國科學院國家天文台、澳大利亞塔斯馬尼亞大學和歐洲甚長基線干涉測量研究所等中外科研機構，聯合進行的“火星日凌”研究，近期獲得重要成果，相關研究論文已發表在國際專業期刊《天體物理學快報（The Astrophysical Journal Letters）》上。

△火星日凌期間，多個VLBI測站對“天問一號”和“火星快車”進行觀測示意圖。

據論文通訊作者、中國科學院上海天文台青年研究員馬茂莉介紹，2021年10月9日，當火星投影點（火星在太陽附近的投影）距離日心2.6Rs（太陽半徑）時，研究人員發現，6個觀測站接收到“天問一號”環繞器與“火星快車”軌道器的無線電信號頻率，出現了最強±20Hz、時間長達10分鐘的擾動。

通過對擾動信號的分析，研究人員發現，無線電信號在穿越臨日空間時，該區域的電子總含量發生了上千個TECU（總電子數單位，1TECU=1016個電子/平方米）的變化。

經過與大角度分光日冕儀在同一時期獲取的光學遙感觀測數據對比後發現，此次的電子總含量變化是由於日冕物質拋射（CME）現象引起的。CME現象是太陽最劇烈的爆發現象之一，可快速拋射大量攜帶有磁場的等離子體。

同時，在火星投影點附近更小的空間尺度範圍內，觀測到因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現象，被稱為“太陽上空飄揚的綵帶”，反映了磁場對太陽風等離子體運動的約束情況。

本次觀測，還在CME離去時探測到了初生高速太陽風流。

業內專家認為，這次中外聯合成功進行“火星日凌”研究，得益於“天問一號”“火星快車”探測器射電遙感觀測方法的高靈敏度，以及多站聯合觀測具有的高時間分辨率、高空間分辨率優勢。利用這一方法，今後可對原位探測器無法進入的臨日空間和光學手段無法識別的小尺度快速變化現象進行觀測，有助於研究人員更加細緻地研究臨日空間環境及其對深空通信的影響。