“火星日凌”是指地球、火星運(yùn)行至太陽兩側(cè)且三者近乎處于一條直線的自然現(xiàn)象。2021年9月下旬至10月中旬，執(zhí)行我國首次火星探測任務(wù)的“天問一號”經(jīng)歷了首次“火星日凌”，與地球的通信受到太陽電磁輻射的干擾，出現(xiàn)不穩(wěn)定甚至中斷，一個(gè)月“不在服務(wù)區(qū)”。
△火星日凌期間，地球、火星與太陽之間的位置關(guān)系示意圖。
正是在火星日凌期間，“天問一號”環(huán)繞器和歐空局“火星快車”軌道器任務(wù)團(tuán)隊(duì)，通過兩個(gè)探測器定期向地球發(fā)射無線電信號，多國科學(xué)家利用國內(nèi)外十多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡，對兩個(gè)探測器的信號受太陽影響情況進(jìn)行了觀測，獲取大量數(shù)據(jù)。
通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，中國科學(xué)院上海天文臺、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心、北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院、中國科學(xué)院國家天文臺、澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)和歐洲甚長基線干涉測量研究所等中外科研機(jī)構(gòu)，聯(lián)合進(jìn)行的“火星日凌”研究，近期獲得重要成果，相關(guān)研究論文已發(fā)表在國際專業(yè)期刊《天體物理學(xué)快報(bào)（The Astrophysical Journal Letters）》上。
△火星日凌期間，多個(gè)VLBI測站對“天問一號”和“火星快車”進(jìn)行觀測示意圖。
據(jù)論文通訊作者、中國科學(xué)院上海天文臺青年研究員馬茂莉介紹，2021年10月9日，當(dāng)火星投影點(diǎn)（火星在太陽附近的投影）距離日心2.6Rs（太陽半徑）時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，6個(gè)觀測站接收到“天問一號”環(huán)繞器與“火星快車”軌道器的無線電信號頻率，出現(xiàn)了最強(qiáng)±20Hz、時(shí)間長達(dá)10分鐘的擾動。
通過對擾動信號的分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，無線電信號在穿越臨日空間時(shí)，該區(qū)域的電子總含量發(fā)生了上千個(gè)TECU（總電子數(shù)單位，1TECU=1016個(gè)電子/平方米）的變化。
經(jīng)過與大角度分光日冕儀在同一時(shí)期獲取的光學(xué)遙感觀測數(shù)據(jù)對比后發(fā)現(xiàn)，此次的電子總含量變化是由于日冕物質(zhì)拋射（CME）現(xiàn)象引起的。CME現(xiàn)象是太陽最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象之一，可快速拋射大量攜帶有磁場的等離子體。
同時(shí)，在火星投影點(diǎn)附近更小的空間尺度范圍內(nèi)，觀測到因CME與冕流相互作用引起的冕流波。冕流波是一種大尺度日冕波動現(xiàn)象，被稱為“太陽上空飄揚(yáng)的彩帶”，反映了磁場對太陽風(fēng)等離子體運(yùn)動的約束情況。
本次觀測，還在CME離去時(shí)探測到了初生高速太陽風(fēng)流。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，這次中外聯(lián)合成功進(jìn)行“火星日凌”研究，得益于“天問一號”“火星快車”探測器射電遙感觀測方法的高靈敏度，以及多站聯(lián)合觀測具有的高時(shí)間分辨率、高空間分辨率優(yōu)勢。利用這一方法，今后可對原位探測器無法進(jìn)入的臨日空間和光學(xué)手段無法識別的小尺度快速變化現(xiàn)象進(jìn)行觀測，有助于研究人員更加細(xì)致地研究臨日空間環(huán)境及其對深空通信的影響。
