金星揭秘：碳和氧逃逸到太空

　　行星物质从金星磁鞘侧面逃逸的示意图。红线和箭头表示BepiColombo在观测逸出离子(C+， O+， H+)时的观测区域和方向。图片来源:Thibaut Roger/Europlanet 2024 RI/Hadid等人。

　　贝皮可伦坡的新发现显示金星有重离子逃逸，暗示金星有复杂的大气动力学。

　　欧洲空间局(ESA)/日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)对金星的短暂访问揭示了气体是如何从行星大气层上层剥离的惊人见解。

　　在金星磁场环境中一个以前未被探索过的区域的探测表明，碳和氧正在加速到可以摆脱行星引力的速度。研究结果发表在4月12日的《自然天文学》杂志上。

　　离子逸出的发现

　　等离子体物理实验室(LPP) CNRS研究员、该研究的主要作者莉娜·哈迪德说:“这是第一次观察到带正电的碳离子从金星的大气中逸出。”这些重离子通常移动缓慢，所以我们仍在努力了解其中的机制。可能是静电‘风’把它们带离了地球，或者它们可能通过离心过程加速。”

　　与地球不同，金星的地核不产生固有磁场。尽管如此，太阳发射的带电粒子(太阳风)与金星上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、彗星形状的“感应磁层”。包裹在磁层周围的是一个被称为“磁鞘”的区域，在那里太阳风被减缓和加热。

　　比皮科伦坡的飞越和数据收集

　　2021年8月10日，比皮可伦坡号经过金星，减速并调整航向，最终到达水星。宇宙飞船沿着金星磁鞘的长尾巴猛扑过去，从离太阳最近的磁性区域的鼻子处出现。在90分钟的观察中，BepiColombo的仪器测量了它所遇到的带电粒子的数量和质量，捕捉到了促使磁鞘侧面大气逃逸的化学和物理过程的信息。

　　在其历史的早期，金星与地球有许多相似之处，包括大量的液态水。与太阳风的相互作用剥离了水，留下了一个主要由二氧化碳和少量氮和其他微量物质组成的大气。之前的任务，包括美国宇航局的先锋金星轨道飞行器和欧洲航天局的金星快车，已经详细研究了分子和带电粒子的类型和数量，这些分子和带电粒子消失在太空中。然而，这些任务的轨道路径使金星周围的一些地区未被探索，许多问题仍未得到解答。

　　最新发现的意义

　　该研究的数据是在航天器第二次飞越金星时由BepiColombo的质谱分析仪(MSA)和汞离子分析仪(MIA)获得的。这两个传感器是汞等离子体粒子实验(MPPE)仪器包的一部分，由jaxa领导的水星磁层轨道器Mio携带。

　　LPP的研究员、MSA仪器的首席研究员多米尼克·德尔考特(Dominique Delcourt)说:“描述重离子的损失和了解金星上的逃逸机制，对于了解这颗行星的大气是如何演变的，以及它是如何失去所有水分的，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。

　　“这一结果显示了行星飞掠期间测量的独特结果，在行星飞掠期间，航天器可能会穿过轨道航天器通常无法到达的区域，”天体物理与计划物理研究所(IRAP)的Nicolas andr

　　说，他是SPIDER服务的负责人。

　　未来的使命和期望

　　在接下来的十年里，一个航天器舰队将对金星进行调查，包括欧洲航天局的“展望”任务，美国宇航局的“VERITAS”轨道飞行器和“DAVINCI”探测器，以及印度的“Shukrayaan”轨道飞行器。总的来说，这些航天器将提供金星环境的全面图景，从磁鞘，到大气层，再到表面和内部。

　　“最近的研究结果表明，金星的大气逃逸并不能完全解释其历史上含水量的损失。这项研究是揭示金星大气层历史演变真相的重要一步，即将到来的任务将有助于填补许多空白，”瑞典空间物理研究所的合著者Moa Persson补充道。

　　参考文献:《别皮可伦坡对金星诱导磁层侧翼冷氧和碳离子的观测》，作者:L. Z. Hadid, D. Delcourt, Y. Saito, M. Fr?nz, S. Yokota, B. Fiethe, C. Verdeil, B. Katra, F. Leblanc, H. Fischer, M. Persson, S. Aizawa, N. andr

　　， Y. Harada, A. Fedorov, D. Fontaine, N. Krupp, H. Michalik, j . j .。Berthelier, H. kr

　　格，G.村上，S.松田，D.海纳，H.- u .。Auster, I. Richter, J. Z. D. Mieth, D. Schmid和D. Fischer, 2024年4月12日，《自然天文学》。DOI: 10.1038 / s41550 - 024 - 02247 - 2