澳科大Physics of Fluids發表亮點文章

揭示火星剩餘磁場調控離子跨晝夜輸運機制

【特訊】2024年4月28日，由澳門科技大學月球與行星科學國家重點實驗室徐曉軍教授帶領來自南昌大學、中山大學的研究團隊，在《流體物理學》（Physics of Fluids）發表題為“Observations of the day-to-night transport of Martian heavy ions by the closed crustal magnetic field across the terminator”的研究成果，首次揭示了火星電離層離子通過剩餘磁場閉合磁力線從日側輸運至夜側的全新機制。該成果被期刊選為《亮點》Scilight和《特色》Featured論文。美國物理聯合會《科學之光》 AIP Scilight編輯部以“Magnetism ions and water: a Martian disappearing act”為題發表專訪報道。Scilight每年從AIP旗下30多個刊物中僅挑選300餘篇物理領域內最值得關注的研究成果進行報道。

論文的第一作者為滿恒妍博士（2022年澳門青年學者計劃入選者，澳科大博士後），通訊作者為徐曉軍教授，澳科大為論文的第一單位。

火星大氣和水逃逸一直是火星氣候變化的關鍵科學問題。此前的研究認為，火星剩餘磁場可以形成局部「迷你磁層」來阻擋太陽風，減少大氣逃逸。徐曉軍團隊基於火星大氣與揮發物質演化任務（MAVEN衛星）的數據，發現剩餘磁場可以形成連接晝夜兩側的「磁力走廊」，使得在日側電離產生的O⁺、O₂⁺等重離子沿磁力線向夜側輸運的機制。這一過程導致夜側電離層局部重離子密度高出周圍環境百倍且穩定存在。這些重離子可能通過複合反應生成中性分子或從夜側磁尾逃逸，為解釋火星大氣中離子逃逸提供了新視角。

研究團隊利用MAVEN衛星數據在火星南半球觀測到的強剩餘磁場閉合磁力線。衛星穿過火星夜側區域觀測到的與高度無關的重離子密度升高現象由日側重離子向夜側輸運所致。

徐曉軍教授團隊的這一發現，展示了剩餘磁場不僅是阻擋太陽風的「防護盾」，也是離子傳輸的「高速公路」，其屏蔽與輸運的雙重作用重塑了我們對火星大氣動力學的認知。

本研究獲國家自然科學基金（42241112、42441805）、澳門科學技術發展基金（0098/2022/A2、0003/2022/AFJ、0008/2024/AKP 002/2024/SKL）及澳門青年學者計劃（AM2022002)支持。