Onderzoekers van het Institute of Modern Physics (IMP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) en hun medewerkers hebben melding gemaakt van een zonne-energetisch deeltje (SEP)-gebeurtenis waargenomen door de Mars Energetic Particle Analyzer (MEPA) uitgevoerd op de Chinese Tianwen-1 (TW -1) ruimtevaartuig. Als het eerste wetenschappelijke rapport op basis van MEPA, werd het artikel gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters .

MEPA, gezamenlijk ontwikkeld door IMP en het Lanzhou Institute of Physics, is de eerste wetenschappelijke lading van China gericht op het bestuderen van de interplanetaire en nabij-Mars-ruimtestralingsomgeving. Het werd gelanceerd met het TW-1-ruimtevaartuig in juli 2020 om de verkenningsmissie te starten.

Op 29 november 2020 observeerde MEPA de eerste grote wijdverbreide SEP-gebeurtenis van zonnecyclus 25 met een astronomische eenheid van 1,39. Ten tijde van de uitbarsting van de SEP-gebeurtenis bevonden TW-1 en de aarde zich ongeveer op dezelfde magnetische veldlijn, wat betekent dat TW-1 en het bijna-aardse ruimtevaartuig zonne-energetische deeltjes konden waarnemen op een afstand van tientallen miljoenen kilometers, wat bood een zeldzame kans om de effecten van energetische deeltjesvoortplanting te bestuderen.

De studie van het versnellings- en voortplantingsmechanisme van zonne-energetische deeltjes is van groot belang in de ruimtefysica. Wanneer astronauten en ruimtevaartuigen eenmaal de omgeving van de aarde verlaten en de ruimte in gaan, worden ze zonder de bescherming van het geomagnetische veld onvermijdelijk blootgesteld aan intense hoogenergetische deeltjesstraling. In tegenstelling tot galactische kosmische straling waarvan de flux lange tijd stabiel is, zijn SEP-gebeurtenissen sporadisch en onvoorspelbaar tijdens elke zonnecyclus. Hun flux is enkele ordes van grootte hoger dan die van de kosmische achtergrondstralen, wat niet alleen een grote impact heeft op de interplanetaire en nabije-aarde ruimtestralingsomgeving, maar ook een enorme bedreiging zal vormen voor ruimtemissies zoals bemande ruimtevluchten en diepe ruimteonderzoek.

Na het verkrijgen van de MEPA-gegevens evalueerden de onderzoekers van IMP de gegevens en bevestigden dat MEPA in goede staat verkeerde. Met behulp van hun zelfgebouwde MEPA-simulatiesoftware vergeleken ze de gesimuleerde gegevens met de resultaten van de bemonsterde originele gegevens die werden geretourneerd en verkregen ze de geometrische factoren van MEPA voor verschillende soorten invallende deeltjes. De onderzoekers bepaalden ook de relatie tussen de bemonsterde originele gegevens en het waargenomen energiespectrum van MEPA in de baan om de aarde, en stelden een reeks MEPA-gegevensanalysemethoden op om de kwaliteit van de wetenschappelijke detectiegegevens van MEPA te waarborgen.

Op basis van de protonfluxgegevens van MEPA- en near-earth-satellieten onderzocht het onderzoeksteam het versnellings- en voortplantingsmechanisme van de SEP-gebeurtenissen. Het team bestaat uit onderzoekers van Macao University of Science and Technology, China University of Geosciences, IMP, Lanzhou Institute of Physics, University of Science and Technology of China of CAS, University of Alabama in Huntsville, VS, en National Space Science Center of CAS .

Door de protonfluxgegevens van MEPA en bijna-aardse ruimtevaartuigen te vergelijken, ontdekten de onderzoekers dat de magnetische veldlijn die is geassocieerd met TW-1 en bijna-aarde ruimtevaartuigen niet is verbonden met burst-brongebieden op het oppervlak van de zon en interplanetaire schokken, wat betekent dat de waarneming door TW-1 en nabij-aarde ruimtevaartuigen is te wijten aan cross-field diffusie.

Ondertussen ontdekten de onderzoekers dat de gegevens op de twee locaties vergelijkbare spectrale kenmerken van de dubbele machtswet vertoonden en dat de protonen-tijdintensiteitsprofielen een typisch reservoirfenomeen vertoonden tijdens de SEP-vervalfase. Ze suggereerden dat het spectrum van de dubbele machtswet hoogstwaarschijnlijk wordt gegenereerd in het brongebied van de schokversnelling, en verticale diffusie is een sleutelfactor bij het verklaren van het SEP-reservoirfenomeen tijdens dit evenement. Ze bespraken ook de radiale en interplanetaire padlengte-afhankelijkheid van de SEP-piekintensiteit.

Het SEP-evenement laat een zeer goede consistentie zien tussen de waarnemingsgegevens van MEPA en satellieten in de buurt van de aarde. Het resultaat legt een goede basis voor de daaropvolgende studie van de verkenningsgegevens in de buurt van Mars en zal mensen helpen de stralingsomgeving op Mars beter te begrijpen en verkenningsmissies in de diepe ruimte te plannen. + Verder verkennen

3D-simulaties verbeteren het begrip van energetische deeltjesstraling en helpen ruimtegoederen te beschermen