BepiColombo 的新发现显示了金星重离子的逃逸

来自 BepiColombo 的新发现显示了金星重离子的逃逸，暗示了复杂的大气动力学。欧洲航天局（ESA）/日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的贝皮科伦坡（BepiColombo）飞行任务对金星的短暂访问揭示了金星大气层上层气体如何被剥离的惊人奥秘。

行星物质从金星磁鞘侧翼逸出的示意图。红线和箭头表示 BepiColombo 观测到逃逸离子（C+、O+、H+）的区域和方向。资料来源：Thibaut Roger/Europlanet 2024 RI/Hadid et al.

在金星磁环境中一个以前未被探索的区域进行的探测表明，碳和氧正在被加速到可以摆脱行星引力的速度。这些结果发表在4月12日的《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上。

该研究的第一作者、法国国家科学研究中心等离子体物理实验室研究员莉娜-哈迪德（Lina Hadid）说："这是首次观测到带正电荷的碳离子从金星大气中逸出。这些离子很重，通常移动缓慢，因此我们仍在努力了解其作用机制。可能是静电'风'将它们带离了金星，也可能是通过离心过程加速了它们"。

与地球不同，金星的内核不会产生固有磁场。然而，太阳发射的带电粒子（太阳风）与金星高层大气中的带电粒子相互作用，在金星周围形成了一个微弱的、彗星状的"诱导磁层"。环绕磁层的是一个被称为"磁鞘"的区域，太阳风在这里被减缓和加热。

2021 年 8 月 10 日，BepiColombo 号经过金星，减速并调整航向，飞向最终目的地水星。航天器沿着金星磁鞘的长尾俯冲而上，从最靠近太阳的磁区前端钻出。在 90 分钟的观测期间，BepiColombo 的仪器测量了它遇到的带电粒子的数量和质量，捕捉到了磁鞘侧翼推动大气逃逸的化学和物理过程的信息。

金星在其历史早期与地球有许多相似之处，其中包括大量的液态水。与太阳风的相互作用带走了水，留下了主要由二氧化碳和少量氮及其他微量物质组成的大气层。以前的飞行任务，包括美国宇航局的"先锋金星轨道器"和欧空局的"金星快车"，对流失到太空中的分子和带电粒子的类型和数量进行了详细研究。然而，这些飞行任务的轨道路径使得金星周围的一些区域尚未被探索，许多问题仍然没有答案。

这项研究的数据是由 BepiColombo 的质谱分析仪（MSA）和水星离子分析仪（MIA）在航天器第二次飞越金星期间获得的。这两个传感器是水星等离子体粒子实验（MPPE）仪器包的一部分，该仪器包由日本宇宙航空研究开发机构领导的水星磁层轨道器 Mio 搭载。

LPP研究员、MSA仪器首席研究员多米尼克-德尔库尔特（Dominique Delcourt）说："描述金星重离子流失的特征和了解金星的逃逸机制，对于了解金星大气是如何演变的以及金星的水是如何流失的至关重要。"

Europlanet的SPIDER空间天气建模工具使研究人员能够跟踪粒子如何在金星磁鞘中传播。

天体物理学和行星学研究所（IRAP）的尼古拉斯-安德烈（Nicolas André）是 SPIDER 服务的负责人，他说："这一结果表明，在行星飞越过程中进行的测量可以产生独特的结果，因为航天器可能会穿过轨道航天器通常无法到达的区域。"

在未来十年中，将有一组航天器对金星进行研究，其中包括欧空局的"展望"飞行任务、美国航天局的"VERITAS"轨道器和"DAVINCI"探测器以及印度的"Shukrayaan"轨道器。这些航天器将共同提供金星环境的全貌，从磁鞘到大气层，再到金星表面和内部。

最近的研究结果表明，金星大气层的逃逸并不能完全解释其历史含水量的损失。这项研究是揭示金星大气历史演变真相的重要一步，即将进行的任务将有助于填补许多空白。

编译来源：ScitechDaily