火星中能粒子辐射探测倡仪

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1、1火星中能粒子辐射探测倡仪邹鸿陈鸿飞施伟红邹积清仲维英于向前（北京大学空间物理与应用技术研究所北京100871）摘要：目前，火星已经成为国际上空间探测的重点目标之一，而我国也开始进行对已火星为主的深空探测目标的预先研究。火星壳磁场对电离层的影响，火星是否有磁暴等问题一直是科学界研究的热点问题，而中能粒子在其中的作用很重要但目前还没有探测计划对其进行研究。我们倡仪在我国未来的深空探测项目中加入中能粒子辐射探测项目，而北京大学与英国卢梭福实验室共同倡议为夸父计划KuaFu-B星设计的能量电子和质子成像仪（IEPS）是很好的备选设备。关键词：火星

2、深空探测中能粒子辐射探测壳磁场能量电子和质子成像仪1．概述2005年2月，美国宇航局发布了“探索新纪元：美国宇航局2005和未来的发展方向”,确定了18个新的美国宇航局的战略目标，其中第十五个有关空间物理探测的战略目标是：“探索日地系统以了解太阳及其对地球、太阳系和载人探险之旅所必经的空间环境条件的影响，和试验演示可以完善未来运行系统的技术”。显而易见，美国已经踏上了探索月球、火星和更远深空的新征程，而其他航天大国或组织（包括欧洲，俄罗斯，日本和印度等）都已制定并开始实施各自的深空探测计划。从上面的计划可以看出，人类对外太空的新探索之旅除为

3、了满足人类的求知欲望，更主要是为了实现对外太空资源的利用和星际移民的愿望，并以此为契机带动其科技和其他产业的发展。我国在“十五”期间开始了对月球的探测研究，为我国航天能力拓展出地球系统奠定了技术基础。在“十一五”期间我国已经计划开展深空探测的预研究，论证深空探测的科学目标、关键技术的攻关和探测方案的设计。本文根据国内外最新的研究成果，提出了对火星中能粒子辐射探测的倡仪，并介绍了北京大学与英国卢瑟福实验室位夸父计划KuaFu－B星设计的能量电子和质子成像仪（IEPS）。2．火星电磁环境－国内外研究现状火星是太阳系中自然环境最接近地球的行星，也

4、被认为是未来最适合人类移民的星球。因此，深入了解火星电磁环境具有十分重要的意义。这里的火星电磁环境主要包括火星电离层、火星磁场及磁层、火星粒子辐射环境等。国际上发射的观测火星电磁环境的探测计划中最据代表性的是火星全球勘探者（MGS）和火星快车（MarsExpress）。他们所携带的科学探测仪器如表1所列。1基金项目：国家自然科学基金面上项目40704026资助，北京市教委共建项目XK100010404资助。195表1.火星全球勘探者和火星快车所携带的科学探测仪器编号火星全球勘探者火星快车火星轨道相机（MarsOrbiter行星傅立叶分光计（

5、Planetary仪器1Camera,MOC）FourierSpectrometer，PFS）火星轨道激光高度计(MarsOrbiter火星大气特征研究光谱仪LaserAltimeter,MOLA)（SpectroscopyforInvestigationof仪器2CharacteristicsoftheAtmosphereofMars，SPICAM）热辐射分光计(ThermalEmission高/超高分辨率立体彩色成像仪仪器3Spectrometer,TES)（High/SuperResolutionStereoColourImager，

6、HRSC）磁力计/电子反射计OMEGA（Observatoirepourla仪器4(Magnetometer/ElectronReflectometer,Minéralogie,l'Eau,lesGlacesetMAG/ER)l'Activité）无线电科学实验(RadioScience,火星无线电科学实验（Mars仪器5RS)RadioScienceexperiment，MaRS）火星中继站(MarsRelay,MR)空间等离子体和高能原子分析仪器6仪（AnalyserofSpacePlasmasandEnergeticAtoms，ASP

7、ERA-3）火星先进探地和电离层探测雷达（MarsAdvancedRadarfor仪器7SubsurfaceandIonosphereSounding，MARSIS）2．1火星电离层测量在测量电离层方面，MGS采用无线电掩星法，而MarsExpress采样顶部电离层探测雷达。无线电掩星法原理是：当卫星从火星轨道向地球发射无线电波时，火星大气和电离层会使电波发射折射，科学家根据电波的折射角就可以反演出火星大气层和电离层的密度、温暖随高度的变化【1，2】。根据无线电掩星观测结果，火星电离层的电子浓度剖面大都呈现明显的两层结构【3】，上层的峰值（

8、主峰）高度约为135km，下层的峰值高度约为110km，分别类比于地球电离层的E和F1层。上层主要是吸收太阳EUV辐射形成的，而第二层与太阳软X射线辐射有关。火星电离层行为主要收