中国科大揭示了火星弓激波整体大幅振荡的原因
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弓激波是天体与行星际太阳风相互作用的第一道界面，其动态变化的行为不仅反映了太阳风对天体的扰动影响，还反映了天体本身的磁场和等离子体特性，是理解天体空间环境状态和变化规律的重要交界面。近日，中国科学技术大学汪毓明教授领衔的国际研究团队，利用我国首次火星探测任务“天问一号”环绕器的磁场和等离子体观测数据，结合美国MAVEN探测器的观测数据，在火星弓激波对太阳风响应方面取得重要进展。研究成果10月31日以“Bow Shock Oscillations of Mars Under Weakly Disturbed Solar Wind Conditions”为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。
火星弓激波是超磁声速太阳风在火星附近减速为亚磁声速并发生偏转的区域，其位置反映了太阳风与火星空间环境相互作用的强度。研究表明，火星弓激波位置受太阳极紫外辐射、太阳风动压、行星际磁场强度和方向等多种参数影响。研究团队曾对太阳风扰动下火星弓激波的振荡现象开展研究。然而，针对弱太阳风扰动这一特定情况，其物理过程尚不清晰。在前期工作基础上，利用天问一号环绕器与“火星大气与挥发物演化”（MAVEN）探测器的联合观测数据，研究团队对弱太阳风扰动条件下火星弓激波的振荡行为展开深入分析。
在典型观测事件中（图1），天问一号环绕器搭载的磁强计和离子分析仪在火星弓激波附近多次记录到物理参数的突变。通过对比分析弓激波附近的瞬态结构以及弓激波面的涟漪结构特征，研究团队确认观测到了火星弓激波的振荡现象。在此期间，位于火星弓激波上游太阳风中的MAVEN探测器并未探测到明显的太阳风扰动，从而证实该振荡发生于弱太阳风扰动背景之下。
图1.天问一号环绕器于2021年12月2日观测到的火星弓激波振荡事件
通过对火星岩壳磁场分布特征和太阳风数据的分析，研究团队发现，当太阳风马赫数较低时，火星弓激波强度较弱，即使受到轻微扰动也易引发振荡；而在马赫数较高时，即便扰动更强，弓激波仍可能保持稳定。该现象通过数值模拟得到进一步验证（图2）。
图2.弓激波振荡事件的数值模拟结果
该研究基于我国天问一号的自主探测数据，特别是中国科学技术大学负责研制的火星磁强计所提供的磁测数据，揭示了火星空间环境对弱太阳风扰动的响应机制。该成果完善了对太阳风与火星空间环境相互作用机制的认识，深化了关于太阳风与非磁化行星相互作用过程的理解。天问一号火星磁强计由汪毓明教授领衔的中国科大空间载荷团队研制，2021年11月在环火轨道正式长期开机并持续工作至今，支撑了国内外多个研究团队的相关工作，至今已产出和待产出近30项原创性成果（https://space.ustc.edu.cn/dreams/tw1_momag/），标志着我国首次实现了火星空间磁场的高精度测量。
中国科学技术大学汪毓明教授为论文通讯作者，程龙博士为第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、基础科学中心项目、以及中国科学院战略性先导科技专项（B类）“类地行星的形成演化及其宜居性”等的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65011-8
（地球和空间科学学院、深空探测全国重点实验室、科研部）
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