Earth and Planetary Physics：中國火星車巡遊地區的局地剩餘磁場模型
2020-07-10 中科院地質地球所
李欣舟等-EPP：中國火星車巡遊地區的局地剩餘磁場模型
當前火星沒有類似地球那樣的全球偶極磁場，因為早在30多億年前，火星發電機已經停止。但是，火星全球探測器（MGS，1996-2006）的首次發現表明火星還廣泛存在著巖石剩餘磁場。研究剩餘磁場對進一步探究火星發電機演化歷史及其與外部太陽風的相互作用具有重要意義，隨後科學家開展了大量關於火星磁場的建模工作。
2020年7月，我國將執行「天問」火星探測計劃，該計劃包括環繞器和火星車，其中一個重要科學探測任務就是利用火星車上搭載的磁強計測量火星表面的巖石剩餘磁場。但是從當前諸多火星全球剩餘磁場模型來看，這些模型外推到火星地表的磁場還存在可靠性問題（圖1）。為中國火星車的著陸區域（20°W-50°W，20°-30°N）提供一個相對可靠的局地剩餘磁場模型，對於提前設定探測儀器參數、安排和布局探測方案具有重要參考價值。
地球與行星物理院重點實驗室碩士生李欣舟在導師戎昭金副研究員和魏勇研究員的指導下，結合MGS和MAVEN衛星在不同高度的磁場探測數據，採用等效偶極子方法，開發出一個新的火星局地剩餘磁場模型。該模型根據相關火星地質地化的物理信息，假定了偶極子磁源分布在3層不同埋深的層面上。通過與不同全球磁場模型的對比，表明該方法構建的局地剩餘磁場模型具有較低的擬合誤差，因而具有相對更為可靠的模型精度。
利用本次模型，他們對火星車著陸區域的表面磁場進行了外推估計（圖2）。通過對比其他火星全球磁場模型，認為局地磁場模型外推所得的表面磁場顯示出更加不均勻，並且某些位置的場強可能比全球模型預測還要強得多，由此他們在文中建議：2020年中國火星車搭載的磁強計應該設計更寬的量程來測量火星表面磁場的不均勻性。下一步他們將結合InSight火表單點磁場數據來重新構建和評估局地磁場模型。
圖1 （a）火星地形圖。其中2020年我國火星車的著陸區域用紅色矩形標出，中心位置（35°W，25°N）用紅點標記。（b）紅點位置處，不同火星全球磁場模型給出了磁場強度Bt隨高度的變化。
圖2 從上到下，分別顯示了本次工作的模型，及M14（Morschhauser et al.，2014）和L19（Langlais et al.，2019）兩種全球磁場模型在火星表面預估的徑向磁場（左）和磁場強度（右）。
研究成果發表於Earth and Planetary Physics（Li X Z, Rong Z J*, Gao J W, Wei Y, Shi Z, Yu T,and Wan W X. A local Martian crustal field model: Targeting the candidatelanding site of the 2020 Chinese Mars Rover [J]. Earth and Planetary Physics,2020, 4(4): 1-9. DOI: 10.26464/epp2020045）。
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