火星大氣和電離層剖面探測(cè)對(duì)于火星氣候和空間天氣研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，對(duì)于行星演化和宜居性重大科學(xué)問(wèn)題研究具有重要的科學(xué)意義。無(wú)線電掩星探測(cè)技術(shù)是獲取行星大氣和電離層剖面數(shù)據(jù)的先進(jìn)手段。早在2008年，我國(guó)“借船出?！钡摹癥H-1”火星探測(cè)器立項(xiàng)時(shí)，“YH-1”首席科學(xué)家、中科院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員吳季就提出了利用”YH-1“與俄羅斯Phobos-Grunt火星探測(cè)器，開(kāi)展星-星鏈路高精度和夜間火星電離層掩星探測(cè)的創(chuàng)新舉措，并曾計(jì)劃與歐空局合作，利用”YH-1“和歐空局地球深空站開(kāi)展星-地鏈路的火星電離層和大氣層掩星探測(cè)。
2020年2月10日，我國(guó)首次自主火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”進(jìn)入火星軌道。如何通過(guò)“天問(wèn)一號(hào)”開(kāi)展火星掩星探測(cè)，成為我國(guó)科學(xué)家和工程師們的熱切盼望。
空間中心胡雄研究員團(tuán)隊(duì)與中科院上海天文臺(tái)、北京飛控中心、北京師范大學(xué)天文系等單位的科研人員通力合作，完成了發(fā)生于2021年8月5日7:08:21-7:14:15UTC的首個(gè)“天問(wèn)一號(hào)”單頻-單程火星無(wú)線電掩星事件的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理，首次分析獲取了“天問(wèn)一號(hào)”觀測(cè)的火星電離層和大氣層參量剖面特征。
分析表明，該次掩星事件發(fā)生于火星春季末期（Ls=81.3°），位于(66.03°N, -161.49°E)，太陽(yáng)天頂角為87.7°，當(dāng)?shù)貢r(shí)為22.7h；火星電離層M1 (M2) 層峰值高度位于140km (105km) ，峰值密度約為3.7′1010el/m3 (5.3′1010el/m3)；火星大氣層顯示出明顯的行星大氣邊界層(-2.35km~5km)、對(duì)流層和平流層(24km-40km)的特征；火星大氣中的重力波活動(dòng)和微量臭氧含量可以為觀測(cè)到的剖面細(xì)節(jié)特征提供合理解釋。
無(wú)線電掩星探測(cè)是一項(xiàng)國(guó)際公認(rèn)的深?yuàn)W技術(shù)，建立于精密的深空測(cè)定軌技術(shù)、高穩(wěn)定和高精度的時(shí)鐘技術(shù)、高精度的深空無(wú)線電信號(hào)發(fā)射和接收技術(shù)、精確的衛(wèi)星控制技術(shù)等之上，需要高精度的數(shù)據(jù)標(biāo)定和信號(hào)跟蹤技術(shù)、高精度的科學(xué)掩星反演技術(shù)、以及精確的地球電離層和大氣電波延遲監(jiān)測(cè)與修正技術(shù)等，才能獲得可靠的火星電離層和大氣參量剖面數(shù)據(jù)。
首次 “天問(wèn)一號(hào)”火星掩星探測(cè)的研究成果，從側(cè)面驗(yàn)證了我國(guó)上述各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的先進(jìn)性，表明我國(guó)已經(jīng)完全擁有了自立自強(qiáng)的行星大氣/電離層無(wú)線電掩星探測(cè)能力。未來(lái)更多的火星掩星實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果將有利于我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究和發(fā)現(xiàn)。
該研究成果于近日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Remote Sensing上。
Citation：Hu, Xiong, Xiaocheng Wu, Shuli Song, Maoli Ma, Weili Zhou, Qingchen Xu, Lei Li, Cunying Xiao, Xie Li, Chi Wang, Qinghui Liu, Lue Chen, Guangming Chen, Jianfeng Cao, Mei Wang, Peijia Li, Zhanghu Chu, Bo Xia, Junfeng Yang, Cui Tu, Dan Liu, Simin Zhang, Quan Zhang, and Zheng Li. 2022. "First Observations of Mars Atmosphere and Ionosphere with Tianwen-1 Radio-Occultation Technique on 5 August 2021" Remote Sensing 14, no. 11: 2718. https://doi.org/10.3390/rs14112718
圖：首次“天問(wèn)一號(hào)”單程-單頻K波段火星大氣和電離層無(wú)線電掩星實(shí)驗(yàn)及其電離層和大氣層參量探測(cè)剖面。
（供稿：天氣室）
