火星离子逃逸与磁异常的相关性研究

火星空间氧离子的逃逸和水的流失密切相关，是火星探测研究的热点。由于火星没有全球性的固有磁场，大气层/电离层直接暴露在太阳风中，太阳风将能量和动量传递给高层电离层，加热并使电离层离子逃逸；而广泛分布的磁异常又使得太阳风与电离层的相互作用异常复杂。本项目拟在MHD模拟建立的火星空间电磁模式的基础上，研究氧离子的动力学特性，探索火星离子逃逸的机制，揭示离子分布和逃逸与火星磁异常之间的相关性，为今后的探测提出新的方向，并为探测数据的分析研究提供理论依据。

火星空间氧离子的逃逸和水的流失密切相关，是火星探测研究的热点。由于火星没有全球性的固有磁场，大气层/电离层直接暴露在太阳风中，太阳风将能量和动量传递给高层电离层，加热并使电离层离子逃逸；而广泛分布的磁异常又使得太阳风与电离层的相互作用异常复杂。本项目在单流体、多成分MHD模拟建立的火星空间电磁模式的基础上，利用动力学方法研究了电离层氧离子的运动，探索了火星离子加速的机制，考察了逃逸和沉降氧离子的能谱和空间分布、火星空间电流系的结构等参数。结果表明，磁异常对离子逃逸和沉降以及近火空间电流分布都有显著影响。当有磁异常时，磁尾中心区域的离子可被加速到较高能量，同时，磁异常阻止了部分离子的逃逸，使得部分离子向着火星方向加速，并沉降到火星大气层上，引起大气中性氧原子的溅射逃逸。在有磁异常时，由沉降造成的氧原子逃逸通量几乎是没有磁异常时的2倍，说明磁异常不仅对火星空间等离子体分布、而且对中性大气的分布都有显著的影响。磁异常使得电离层电流分布紊乱，并将电流片推至更高高度，同时还能改变近磁尾电流片的方向和结构，说明火星电流系不纯粹具有诱导电流的特性，而且在一定程度上受到磁异常的控制。