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实验室科研人员利用嫦娥四号探测数据首次在月面观测到月球微磁层

2021年07月15日 星期四 11:10:45

地球磁层是由地磁场阻挡太阳风形成的,它是地球生命的保护伞。与地球不同,月球没有全球性的内禀磁场,一般认为来自太阳的高速太阳风粒子可以直接轰击月面,从而给人类月面活动带来影响。近期研究表明,月球虽然没有全球性的偶极场,但是有广泛分布的月壳剩磁,称作磁异常。一些磁异常的强度可达上百nT,它们可以阻碍太阳风的运动,形成局部磁层结构,称为微磁层。月球微磁层是太阳系中最小的磁层结构,认识微磁层,一方面有助于人们理解太阳风与小尺度磁场的相互作用;另一方面,微磁层作为天然保护屏障,是未来建立月球科研站及载人探月的理想场所。

然而,由于观测数据有限,目前月球微磁层的形成机制以及内部结构仍然不清楚。特别是以往所有观测证据均来自距离月面几十公里甚至更远的航天器的探测,微磁层在月面是什么样的无从知晓。嫦娥四号是人类首个着陆在月球背面的探测器,其着陆点刚好位于月球最大磁异常区—雨海对趾区的东部边缘,这为在月面就位探测微磁层提供了良好机会。如图1所示,当太阳风从西吹来,如果形成了微磁层,位于磁异常区下游的嫦娥四号就有望观测到微磁层的磁尾。

最近,实验室谢良海副研究员、李磊及张爱兵研究员等,利用嫦娥四号巡视器(玉兔二号)搭载的中性原子探测仪数据,发现当嫦娥四号位于磁异常下游时,中性原子探测仪测量到的粒子通量整体低于其位于磁异常上游时的测量值。结合全球Hall MHD模拟,谢等人证实了月球微磁层是造成通量差异的原因。此外,谢等人还发现微磁层对太阳风的作用主要是偏转和减速,而不能完全遮挡太阳风,其平均遮挡效率约为50%。特别地,该研究还发现离子惯性长度对微磁层的形成起决定作用,即微磁层只有在离子惯性长度足够小(小于120公里)时才可能形成。

该研究不仅实现了月球微磁层的首次月面观测,同时也揭示了微磁层的形成条件和内部结构,为人们进一步研究微磁层以及实施相关探测计划提供了依据。该项研究成果发表在国际著名期刊Geophysical Research Letters上:论文链接

Citation: Xie, L., Li, L.*, Zhang, A., Zhang, Y., Cao, J., Wieser, M., et al. (2021). Inside a lunar mini-magnetosphere: First energetic neutral atom measurements on the lunar surface. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL093943. https://doi.org/10.1029/2021GL093943.



图1 嫦娥四号周围磁场分布以及微磁层模拟和观测结果

 

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