Forskare från Institute of Modern Physics (IMP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) och deras medarbetare har rapporterat en solenergipartikel (SEP)-händelse som observerats av Mars Energetic Particle Analyzer (MEPA) på Kinas Tianwen-1 (TW) -1) rymdfarkoster. Som den första vetenskapliga rapporten baserad på MEPA publicerades artikeln i Astrophysical Journal Letters .

MEPA, som utvecklats gemensamt av IMP och Lanzhou Institute of Physics, är Kinas första vetenskapliga nyttolast som syftar till att studera den interplanetära och nära Mars rymdstrålningsmiljön. Den lanserades med rymdfarkosten TW-1 i juli 2020 för att starta utforskningsuppdrag.

Den 29 november 2020 observerade MEPA den första stora utbredda SEP-händelsen av solcykel 25 vid astronomisk enhet 1,39. Vid tidpunkten för utbrottet av SEP-händelsen befann sig TW-1 och jorden ungefär på samma magnetfältslinje, vilket innebär att TW-1 och rymdfarkoster nära jorden kunde observera solenergipartiklar från ett avstånd av tiotals miljoner kilometer, vilket gav ett sällsynt tillfälle att studera effekterna av energetisk partikelförökning.

Studiet av accelerations- och utbredningsmekanismen för solenergipartiklar är av stor betydelse inom rymdfysiken. När astronauter och rymdfarkoster väl lämnar den nära jordens miljö och går ut i rymden, utsätts de oundvikligen för intensiv högenergipartikelstrålning utan skydd av det geomagnetiska arkivet. Till skillnad från galaktiska kosmiska strålar vars flöde är stabilt under lång tid, är SEP-händelser sporadiska och oförutsägbara under vilken solcykel som helst. Deras flöde är flera storleksordningar högre än de för de kosmiska bakgrundsstrålarna, vilket inte bara har en stor inverkan på den interplanetära och jordnära rymdstrålningsmiljön, utan också kommer att utgöra ett enormt hot mot rymduppdrag som bemannad rymdfärd och djupgående utforskning av rymden.

Efter att ha erhållit MEPA-data utvärderade forskarna från IMP data och bekräftade att MEPA var i gott skick. Med hjälp av sin egenbyggda MEPA-simuleringsmjukvara jämförde de de simulerade data med resultaten av de provade originaldata som returnerades, och fick de geometriska faktorerna för MEPA för olika typer av infallande partiklar. Forskarna fastställde också förhållandet mellan de samplade originaldata och det observerade energispektrumet för MEPA i omloppsbana, och etablerade en uppsättning MEPA-dataanalysmetoder för att säkerställa kvaliteten på de vetenskapliga detektionsdata för MEPA.

Baserat på protonflödesdata från MEPA och jordnära satelliter, undersökte forskargruppen accelerations- och utbredningsmekanismen för SEP-händelserna. Teamet består av forskare från Macao University of Science and Technology, China University of Geosciences, IMP, Lanzhou Institute of Physics, University of Science and Technology of China of CAS, University of Alabama i Huntsville, USA, och National Space Science Center of CAS .

Genom att jämföra protonflödesdata från MEPA och jordnära rymdfarkoster fann forskarna att den magnetiska fältlinjen som är förknippad med TW-1 och jordnära rymdfarkoster inte är kopplad till sprängkällor på solens yta och interplanetära stötar, vilket innebär att observationen av TW-1 och jordnära rymdfarkoster beror på tvärfältsdiffusion.

Samtidigt fann forskarna att data på de två platserna visade liknande dubbeleffektlags spektrala egenskaper och protonens tidsintensitetsprofiler visade ett typiskt reservoarfenomen under SEP-avfallsfasen. De föreslog att spektrumet med dubbeleffektlagar mest sannolikt genereras i källområdet för chockaccelerationen, och vertikal diffusion är en nyckelfaktor för att förklara SEP-reservoarfenomenet under denna händelse. De diskuterade också det radiella och interplanetära magnetfältets väglängdsberoende av SEP-toppintensiteten.

SEP-händelsen visar mycket god överensstämmelse mellan observationsdata från MEPA och jordnära satelliter. Resultatet lägger en bra grund för den efterföljande studien av prospekteringsdata nära Mars och kommer att hjälpa människor att bättre förstå strålningsmiljön på Mars och planera utforskningsuppdrag på djupet av rymden. + Utforska vidare

3D-simuleringar förbättrar förståelsen av energipartikelstrålning och hjälper till att skydda rymdtillgångar