火星探测器观测到的史诗级太阳风暴效应

❝ 研究火星的科学家一直期待着太阳风暴的到来，因为太阳在今年早些时候进入了活跃期高峰。

在过去一个月里，美国宇航局的火星探测车和轨道飞行器为研究人员提供了观察一系列太阳耀斑和日冕物质抛射（CME）的前排位置，这些事件甚至引发了火星极光。

这次科学盛宴提供了前所未有的机会来研究此类事件在深空中的展开方式，以及未来火星宇航员可能面临的辐射暴露程度。

2024年5月20日，火星上观测到的最大事件是一场被估计为X12级的太阳耀斑。X级耀斑是几种太阳耀斑中最强的一类。

这次耀斑由欧洲航天局（ESA）和美国宇航局（NASA）联合任务的太阳轨道器观测到。耀斑发出的X射线和伽马射线向火星发射，而随后的日冕物质抛射则发射了带电粒子。以光速传播的X射线和伽马射线最先到达火星，而带电粒子稍微落后，仅在几分钟内到达火星。

辐射对火星的影响

位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的分析师密切追踪了这次太空天气的展开情况，并标注了日冕物质抛射后可能到来的带电粒子。

在5月20日的事件期间，风暴释放的能量如此之大，以至于好奇号火星车导航摄像头拍摄的黑白图像上出现了“雪花”。这些白色条纹和斑点是带电粒子撞击摄像机所致。

类似地，太阳粒子的能量充斥了NASA 2001火星奥德赛轨道器用于定向的摄像机，导致其暂时失效（奥德赛有其他方式进行定向，并在一小时内恢复了摄像机）。即使星摄像头出现短暂故障，轨道器仍利用其高能中子探测器收集到了X射线、伽马射线和带电粒子的关键数据。

这并不是奥德赛首次遭遇太阳耀斑。在2003年，一次X45级的太阳耀斑释放的太阳粒子烧毁了奥德赛的辐射探测器，该探测器本用于测量这种事件。

对未来火星宇航员的影响

如果宇航员当时站在NASA好奇号火星车旁，他们会受到8100微戈瑞的辐射剂量，相当于30次胸部X光检查。尽管不是致命的，但这是自好奇号12年前着陆以来测得的最大辐射激增。

好奇号的辐射评估探测器（RAD）的数据将帮助科学家为宇航员在火星上可能遇到的最高辐射暴露水平做准备。宇航员可以利用火星地形进行保护。

RAD的首席研究员、位于科罗拉多州博尔德市西南研究院太阳系科学与探索部的唐·哈斯勒说：

“悬崖或熔岩管将为宇航员提供额外的屏蔽保护。在火星轨道或深空中，辐射剂量会显著增加。”

火星上的极光

在过去的一个月里，美国宇航局的火星探测车和轨道飞行器为研究人员提供了前排位置，观察到了一系列到达火星的太阳耀斑和日冕物质抛射。在某些情况下，它们甚至引发了火星极光。

美国宇航局的火星大气与挥发物演化任务（MAVEN）轨道器捕捉到了火星上空的极光。这些极光的形成方式与地球上的不同。

强大的磁场是保护我们地球免受带电粒子影响的屏障，并且通常将极光限制在靠近两极的地区。目前的太阳周期可能处于极大期，这也是最近在南至阿拉巴马州都能看到极光的原因。

然而，火星在远古时期失去了其内部产生的磁场，因此没有任何保护来抵挡带电粒子的冲击。当带电粒子撞击火星大气层时，会产生覆盖整个星球的极光。

在太阳活动期间，太阳释放出大量高能粒子。只有最具能量的粒子才能到达地表，并被RAD测量。MAVEN的太阳高能粒子仪器可以检测到稍低能量的粒子，包括那些引发极光的粒子。

紫色部分显示了 2024 年 5 月 14 日至 20 日期间 NASA 的MAVEN轨道器上的紫外线仪器探测到的火星夜间极光。紫色越亮，极光越多。来源：NASA

科学家可以利用该仪器的数据重建每分钟的时间线，详细分析太阳粒子如何经过火星，逐步解开事件的演变过程。

加利福尼亚大学伯克利分校太空科学实验室的Christina Lee以及MAVEN的太空天气负责人说：

“这是MAVEN迄今为止观测到的最大太阳高能粒子事件。过去几周发生了几次太阳事件，因此我们看到了一波又一波的粒子冲击火星。”

对火星上太空天气的研究有助于我们了解未来宇航员可能面临的情况。

• 来源：https://earthsky.org/space/epic-solar-storm-effects-seen-by-mars-rovers/