太陽系的張力——火星

隨著“天問一號(hào)”的發(fā)射、“祝融號(hào)”的成功登陸,中國航天在火星上實(shí)現(xiàn)了一次性完成繞火觀測(cè)和火星車降落的科學(xué)目標(biāo),這也在一定程度上說明了航天事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,從月球到火星便是新的一次突破,而未來,中國還將繼續(xù)往太陽、太陽系外探測(cè),秉持嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度,展望星際藍(lán)圖。
作為一顆類地行星,且在地球軌道外,所以火星經(jīng)常給人一種未來“第二個(gè)家園”的感覺。因此,對(duì)它的勘探國內(nèi)外一直有所“動(dòng)作”,下表1列出了相關(guān)成功的探測(cè)儀器。

觀測(cè)表明,火星已經(jīng)沒有強(qiáng)偶極場(chǎng)的存在,所以基本整個(gè)都裸露在行星際中,充滿危險(xiǎn)的氣息。當(dāng)然,研究認(rèn)為其很久很久以前還是存在的,知識(shí)現(xiàn)在剩余的基本上都是南半球的巖石性磁場(chǎng)。而它表面遍布的沙塵就像地球的沙漠一樣只要有風(fēng),便模糊整個(gè)身軀。當(dāng)有幸夜晚抬頭仰望的時(shí)候,那顆閃爍的紅色星球便是“火星”,它的紅不是自身發(fā)光的紅,而是因?yàn)樘柟庹丈湓谏硥m上反射的紅,卻又帶點(diǎn)橘色。
類似地球的火星,它也有著自轉(zhuǎn)軸傾斜,從而有了周日和季節(jié)性變化,由于其軌道偏心率更橢,這種變化更為復(fù)雜。火星的兩個(gè)極冠由季節(jié)性極冠(二氧化碳)和殘留極冠(水冰、永久凍結(jié))組成?;鹦堑谋砻婕扔袕V袤的平原,也有巨大的火山和渠道、峽谷。
作為極好的行星樣本,火星有著其豐富的資料,有著從內(nèi)至外、從古至今、從低到高的各種空間維度的研究內(nèi)容,其中關(guān)于行星歷史和生命的起源便是其中之一。

研究認(rèn)為,火星自轉(zhuǎn)迅速,卻缺乏一個(gè)全球性磁場(chǎng),因此它的核心必然是非金屬或者非液態(tài),或兩者兼而有之(《今日天文》)。另外,火星地形南北半球不對(duì)稱性(圖2)、晨昏側(cè)不對(duì)稱性(圖3)均是各個(gè)小領(lǐng)域的重要比較對(duì)象。


而當(dāng)前對(duì)于其各層分布和行星際磁場(chǎng)的示意圖主要基于Espley(2018)或Lillis et al.(2019),如圖4-1,4-2所示。不難看出,火星仍然有其誘導(dǎo)的磁層,而這個(gè)磁層與太陽風(fēng)的分界面也有存在“弓激波”,只是這個(gè)弓激波面的位形并不是穩(wěn)定存在的,而是時(shí)時(shí)刻刻受到環(huán)境的擾動(dòng)就可能有著其自身的響應(yīng)。

圖4-1. 火星各層分布示意圖(摘自Espley, 2018)

其中,和地球?qū)Ρ茸蠲黠@的差別便是沒有內(nèi)稟強(qiáng)偶極磁場(chǎng)的火星直接可以與太陽風(fēng)相互作用,驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生各種不同形式的等離子體波動(dòng),以及離子逃逸。耀斑爆發(fā)、日冕物質(zhì)拋射都是太陽劇烈活動(dòng)的表征,而太陽風(fēng)在行星際磁場(chǎng)的大尺度結(jié)構(gòu)通常有:高低速流相互作用區(qū)(SIR)、行星際日冕物質(zhì)拋射(ICME)等。

觀測(cè)特征上總結(jié)來講,有:
SIR:密度先上升后下降,溫度隨后隨密度變化,磁場(chǎng)變化相反;
ICME:磁場(chǎng)增強(qiáng)、速度減小、密度減小、溫度較低、
光滑旋轉(zhuǎn)、
基本不變,有時(shí)可看到明顯的雙向電子流。
而這些大尺度結(jié)構(gòu)由于觀測(cè)限制和衛(wèi)星移動(dòng),有時(shí)候證認(rèn)的特征并非都要同時(shí)滿足。其當(dāng)然會(huì)對(duì)火星整個(gè)空間環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重干擾和變化,需要借助衛(wèi)星觀測(cè)的數(shù)據(jù)來證實(shí)相關(guān)的理論討論結(jié)果,因此這不同于地球強(qiáng)偶極場(chǎng)的“屏蔽”,火星在這方面顯得更加“開放”和“包容”,張弛有度,魅力無限。
而中國青海的柴達(dá)木盆地就有著和火星類似的地表環(huán)境,將此作為研究火星著陸器探測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)的另一種“標(biāo)志地點(diǎn)”,也說明了將會(huì)有愈來愈多的力量凝結(jié)此處,共話這顆充滿張力的星球——“火星”。

自此,關(guān)于行星空間物理的內(nèi)容將告一段落,由于研究方向的差異,在這里十分可惜沒有囊括所有行星和衛(wèi)星、小行星的相關(guān)內(nèi)容,如果在未來某些時(shí)間段對(duì)這些有進(jìn)一步了解或者理解加深,將再單獨(dú)成立篇章進(jìn)行描述。當(dāng)然,行星科學(xué)的內(nèi)容除了系內(nèi)的,還有系外的,系外的行星研究主要還是集中在它們的質(zhì)量、光度與太陽系的宿主恒星(太陽)、有生命活力的地球?yàn)閰⒄?。開普勒望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),系外的行星系統(tǒng)和太陽系有著極其不同的差異,這似乎說明了太陽系的“特殊性”,當(dāng)然,是不是也有可能有其他生命形式的存在,還值得商榷。這就衍生出許許多多交叉學(xué)科,如:天文生物學(xué)、天文醫(yī)學(xué)、天文化學(xué)等等。我們也期待下一代系外行星望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展,為拓展不可思議的生命存在形式、豐富天文學(xué)知識(shí)框架等打下更為扎實(shí)、有說服力的依據(jù)。畢竟,我們的征程依舊是那片“未知”的星辰大海。