“天问一号”助力科学家研究“火星日凌”获重要成果

“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。2021年9月下旬至10月中旬，执行我国首次火星探测任务的“天问一号”经历了首次“火星日凌”，与地球的通信受到太阳电磁辐射的干扰，出现不稳定甚至中断，一个月“不在服务区”。

△火星日凌期间，地球、火星与太阳之间的位置关系示意图。

正是在火星日凌期间，“天问一号”环绕器和欧空局“火星快车”轨道器任务团队，通过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，获取大量数据。

通过对这些数据进行深入分析，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，联合进行的“火星日凌”研究，近期获得重要成果，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。

△火星日凌期间，多个VLBI测站对“天问一号”和“火星快车”进行观测示意图。

据论文通讯作者、中国科学院上海天文台青年研究员马茂莉介绍，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2.6Rs（太阳半径）时，研究人员发现，6个观测站接收到“天问一号”环绕器与“火星快车”轨道器的无线电信号频率，出现了最强±20Hz、时间长达10分钟的扰动。

通过对扰动信号的分析，研究人员发现，无线电信号在穿越临日空间时，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现象是太阳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。

同时，在火星投影点附近更小的空间尺度范围内，观测到因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，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。

本次观测，还在CME离去时探测到了初生高速太阳风流。

业内专家认为，这次中外联合成功进行“火星日凌”研究，得益于“天问一号”“火星快车”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、高空间分辨率优势。利用这一方法，今后可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。