MAVEN宇宙飞船揭示火星具有独特的磁性“尾巴”

艺术家对火星上复杂磁场环境的构想。黄色线表示太阳风携带太阳产生的磁场线，蓝色线表示火星表面磁场，白色火花表示重新连接活动，红色线表示通过火星磁尾将表面连接到太空的重新连接的磁场。学分：Anil Rao /大学科罗拉多州/ MAVEN /美国国家航空航天局GSFC

NASA的MAVEN宇宙飞船揭示，火星有一个看不见的磁性“尾巴”，该尾巴因与太阳风的相互作用而扭曲。

NASA的“火星大气与挥发性演化任务”（MAVEN）航天器正在火星轨道上运行，收集有关红色星球如何丧失其大部分大气和水的数据，并从数十亿年前可以支撑生命的世界转变为一个寒冷而荒凉的地方今天。根据研究小组的说法，产生扭曲尾巴的过程也可能使火星已经稀薄的某些大气逃逸到太空。

“我们发现火星的磁尾或磁尾在太阳系中是独特的，”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的吉娜·迪布拉科西奥（Gina DiBraccio）说。“这不像在金星上发现的磁尾，它本身没有磁场，也不像地球那样被自身内部产生的磁场所包围。相反，它是两者之间的混合体。”DiBraccio是MAVEN的项目科学家，他将于10月19日（星期四）MDT在犹他州普罗沃市美国天文学会行星科学分部第49届年会上的新闻发布会上介绍这项研究。

研究小组发现，一个称为“磁重连”的过程在制造火星磁尾中必须发挥重要作用，因为如果发生重连，就会使事情变得曲折。

DiBraccio说：“我们的模型预测，磁场的重新连接将使火星的磁尾与预期的旋转角度相差45度（基于太阳风所携带的磁场的方向）。”“当我们将这些预测与关于火星和太阳风磁场方向的MAVEN数据进行比较时，它们非常吻合。”

数十亿年前，火星失去了其全球磁场，现在，在其表面的某些区域中只埋有残留的“化石”磁场。根据这项新工作，当太阳风携带的磁场与埋在火星表面的磁场通过一种称为磁重连的过程结合在一起时，便形成了火星的磁尾。太阳风是一种导电气体流，它以每小时约一百万英里（160万公里）的速度从太阳表面连续吹入太空。它带有来自太阳的磁场。如果太阳风场的方向与火星表面中的场方向相反，则这两个场会以磁重新连接的方式结合在一起。

磁连接过程也可能将火星的某些大气层推向太空。火星的高层大气中带有带电粒子（离子）。离子对电磁力做出反应，并沿着磁力线流动。由于火星的磁尾是通过将表面磁场与太阳风场联系起来而形成的，因此，如果火星上层大气中的离子顺着磁尾流下，它们就有通向太空的路径。就像一条被拉伸的橡皮筋突然变成新的形状一样，磁连接也释放出能量，这可以将火星大气中的离子主动地从磁尾中推入太空。

由于火星表面磁场错落有致，科学家怀疑火星的磁尾将是一个完全没有磁场的行星与一个具有全局磁场的行星后面的复杂混合体。关于火星磁场的大量MAVEN数据使该团队成为第一个确认这一点的人。MAVEN的轨道不断改变其相对于太阳的方向，从而可以对火星周围的所有区域进行测量，并绘制出磁尾及其与太阳风的相互作用的地图。

磁场是看不见的，但是可以使用MAVEN上的磁力计仪器测量磁场的方向和强度，该团队用来进行观测。他们计划检查来自MAVEN上其他仪器的数据，以观察逃逸的粒子是否映射到他们看到重新连接的磁场的相同区域，以确认重新连接对火星大气损失有贡献并确定其严重程度。他们还将在接下来的几年中收集更多的磁力计数据，以观察火星旋转时各种表面磁场如何影响机尾。这种旋转加上不断变化的太阳风磁场产生了极具活力的火星磁尾。DiBraccio说：“火星真的很复杂，但同时也很有趣。”

这项研究是由MAVEN任务资助的。MAVEN于2014年11月开始其主要的科学任务，并且是第一台致力于了解火星高层大气的航天器。MAVEN的主要研究人员位于科罗拉多大学博尔德市大气与空间物理实验室。该大学为任务提供了两种科学仪器，并负责科学操作以及教育和公众宣传。NASA Goddard管理着MAVEN项目，并为此次飞行任务提供了两种科学仪器，包括磁力计。洛克希德·马丁公司制造了这艘飞船，负责执行任务。加利福尼亚大学伯克利分校的空间科学实验室还为此次飞行任务提供了四种科学仪器。位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室提供导航和深空网络支持，以及Electra电信中继硬件和操作。