嫦娥四号中性原子探测仪最新科学成果

      众所周知，地球有着强大的全球磁场，太阳风“入侵”地球时，地球周围会形成一个巨大的保护伞——磁层，阻挡了绝大部分太阳风。而月球由于缺少这种全球磁场和浓密大气，月球表面直接暴露于深空中，太阳风、地球风可以直接轰击月表，产生各种各样的效应。目前来自中国嫦娥、日本月亮女神、印度月船一号以及美国星际边界探测器的数据表明，一般区域大约0.1-1%的太阳风质子会被月表散射，10-20%的太阳风质子与月表作用后转化成能量中性原子，剩下大部分会注入月壤产生月球水。虽然月球没有全球磁场，但在月表散落着多个磁场异常区，在月表磁场强度约几百nT，当太阳风与磁异常相互作用时，也会形成一个小保护伞——微磁层，也可以阻挡一部分太阳风轰击月表，太阳风质子的反射率在大尺度磁异常区明显增加。探测能量中性原子可以揭示太阳风、地球风与月表相互作用的微观物理机制，揭示其中的小尺度特征。

图1 嫦娥四号着陆于月球背面南极-艾肯盆地内的冯•卡门撞击坑，黄色区域为磁异常区，红色箭头代表在昏侧时太阳风轰击月表的方向。

2019年1月3日，嫦娥四号着陆在月球背面南极-艾肯盆地冯•卡门撞击坑，玉兔二号月球车上的中性原子探测仪（ASAN）首次在月球背面对月表能量中性原子（ENA）开展观测。该研究在分析2019年1月11日至2020年10月12日ASAN获取的ENA能谱的基础上，发现大多数月昼中，晨侧ENA微分通量高于昏侧；结合嫦娥四号中性原子探测仪和ARTEMIS卫星同期的观测数据分析发现，晨侧和昏侧不同能量范围的ENA微分通量与太阳风状态参数如通量、密度及动压呈正相关关系。这是首次利用月表中性原子观测数据计算磁异常上方的静电势，更新了粒子与磁异常相互作用的认识。该成果对研究太阳风、地球风与无大气无全球磁场的天体（如小行星或彗星）具有广泛的参考价值。

图2 由于质子和电子的运动导致的电荷分极电场，电场方向向上。太阳风质子的减速与磁异常有关。

       该研究成果发表于业内权威杂志Astrophysical Journal Letters，该论文的第一作者是山东大学磁层与太阳风相互作用课题组博士生王慧姿，通讯作者为山东大学磁层与太阳风相互作用课题组长史全岐教授和行星科学课题组张江老师，论文的合作者来自于日本宇宙航空研究开发机构、北京大学、中科院空间中心、中科院地球所等。

素材提供：王慧姿