Mars Express利用“假”飞越揭开火卫一与太阳风关系谜团

发表于 3年以前 | 总阅读数：867 次

太阳风从我们的恒星流出来从而使太阳系充满了高能粒子。地球的月球不断地反射这些粒子，鉴于火星和火卫一之间的相似性（两者都是岩石，缺乏磁场和大气层，在太阳系内部的陆地行星上运行），预计火星的卫星也会出现同样的“反向散射”。然而，尽管ESA的Mars Express多次接近火卫一，但却只看到过一次这种反向散射（2008年）。

不过现在，研究人员报告称，在2016年1月飞越火卫一的过程中，Mars Express第二次成功探测到了火卫一的反射太阳风粒子。

来自瑞典空间物理研究所(IRF)的Yoshifumi Futaana指出：“长期以来，火卫一跟太阳风的关系一直是个谜。我们知道火卫一必须跟这些粒子相互作用，但我们没有看到它们--为什么？为什么火卫一的行为跟月球如此不同，而两者看起来是非常相似的？在八年的飞越中，我们第一次兴奋地在火星最大的卫星上再次看到这些反射粒子的迹象。”他是关于2016年飞越的新论文的第一作者。

然而，由于这种反向散射非常得断断续续且很少在火卫一看到，科学家们怀疑这种现象是否是由Mars Express本身反射太阳风粒子造成。在2008年的飞越过程中，该航天器移动了它的太阳电池阵列并转向将其仪器对准火卫一--这种操作可能影响了周围粒子的行为。

“对于2016年的飞越，同样的质疑仍存在：我们怎么知道这个探测实际上是来自火卫一的反射，而不是来自Mars Express本身？”Yoshifumi补充道。

“假”飞越

为了探索这种可能性，研究人员在2017年用航天器进行了三次史无前例的特殊操作，被称为“假”飞越。通过使用完全相同的操作序列、控制演习和太阳能阵列调整，Mars Express在充满太阳风的空间中飞行，但没有火卫一的存在，本质上是在进行飞越--只是没有目标。

研究论文的共同作者Mats Holmström指出：“从本质上讲，我们是在火星上完成一种实验室实验。由于‘假’飞越可以让我们探索Mars Express是如何在一个更可控的环境中影响太阳风的，所以我们可以寻找航天器本身是粒子反射原因的迹象。”Holmström也是IRF的成员，同时还是Mars Express的ASPERA-3仪器--用于观察反射粒子--的主要调查员。

“假”飞越并没有发现Mars Express产生或散射任何入射粒子的这种迹象，这表明在2008年和2016年的飞越中，火卫一确实将探测到的粒子反射回了太空。

零星的散射

尽管如此，在十几次飞越火卫一的过程中，只有两次发现了背向散射粒子，即使如此，信号也是零星的、断断续续的。这跟我们在月球上看到的情况完全不同，月球是另一个既缺乏大气层又缺乏磁场的天体，因此预计会有类似的表现。但为什么会出现这种差异？

Yoshifumi和他的同事们考虑了许多可能性，从也许发生在与Mars Express所捕捉到的不同空间或时间尺度上的过程到火卫一上可能存在的磁力再到火卫一和月球表面成分的不同等等。

“总体来说，”这些断断续续的粒子很可能是从火卫一的表面反射出来的，但我们不能排除另一个神秘的来源，”Yoshifumi补充道，“然而，‘假’飞越帮助我们更好地了解情况以明确表明Mars Express不是来源。为了了解更多，我们需要更多Mars Express在不同配置下飞越火卫一。即使在这些飞越中没有看到反射粒子，即使没有信号也会提供有价值的统计数据。”

太阳风在火卫一和月球上的表现不同意味着两者的表面有着不同的演变，这提出了关于火星系统跟我们的系统有何不同的问题。

探索火卫一

作为内太阳系仅有的三颗卫星之一，火卫一是科学家们对空间探索有着极大的兴趣的对象。

从20世纪80年代的苏联火卫一计划到未来的任务如JAXA计划在20世纪20年代中期发射的火星卫星发射(MMX)任务，已经有许多专门的项目展开以来上探索火星最大卫星的起源、环境、行为和演变。

ESA正在跟JAXA合作执行MMX任务、提供通信设备、航天器跟踪和控制方面的支持并为科学家加入该任务的科学团队提供机会。MMX将对火卫一和火卫二的特征进行分析，它将在火卫一的表面部署一个漫游车并将火卫一的样本送回地球进行分析。MMX的一个关键目标是确定这些卫星是被火星引力捕获的小行星还是在火星上发生巨大撞击后留在轨道上的碎片。

除了对火卫一的了解，了解带电粒子在太空中的表现对于太空探索至关重要。例如月球上的宇航员暴露在太阳风中，这是ESA即将进行的人类太空探险计划的一个关键考虑因素。另外，行星和卫星上的表面相互作用也是表面化学的一个核心组成部分，它可能包括身体如何形成和储存水。

ESA的Mars Express项目科学家Dmitrij Titov指出：“这一发现以一种真正独特的方式利用Mars Express来解决一个正在进行的宇宙之谜--它显示了奇妙的独创性并突出了该任务的灵活性和多样化能力。这项研究还显示了我们的操作同事和数据档案在促成新的发现和知识方面的价值并使像这样的重要工作成为可能。我们必须了解空间环境以便用卫星或宇航员对其展开探索，因此，揭示火星系统中的动态变化是向前迈出的重要一步。”