在太陽和其他恒星上，由磁場活動（如磁重聯）引發的爆發性日冕物質拋射（Coronal Mass Ejection, CME）是一種常見現象。然而，這種爆發性現象是否能在帶有大氣層的磁化或部分磁化的行星上發生，尚未有定論。我們的這項研究通過分析探測火星的MAVEN衛星數據，從測量到的火星大氣/電離層的密度、流速及磁場強度，揭示了火星電離層中，由於地殼磁場區域之間的磁重聯，會引發爆發性物質拋射事件。這一發現為我們理解行星大氣層的磁場活動提供了新的視角。
 
火星表面剩餘磁場的多極子結構特徵，使得太陽風磁場很容易和火星電離層中的剩餘磁場發生磁重聯，打開閉合的剩餘磁場，形成開放的磁力線。當這些開放的磁力線恢復為閉合的磁力線，完成一個循環時，方向相反的開放磁力線之間發生的磁重聯能將大量電離層物質直接拋射進入太空，形成電離層物質拋射現象，並在電離層中形成一個無法被快速填充的等離子空腔。
 
研究結果表明，這些物質拋射事件可能對火星大氣層的長期演化產生重要影響。通過對MAVEN數據的分析，該研究團隊估算出每個火星日可能發生3次電離層物質拋射事件，這些事件在火星歷史上可能導致大量的水以離子形態逃逸。該研究團隊還特別指出，火星以爆發性的電離層物質拋射和準穩態的原子和離子逃逸方式損失大氣質量，竟然和太陽以爆發性的日冕物質拋射和準穩態的太陽風損失質量的方式，有令人震驚的相似。此研究成果於2024年4月22日發表於《自然天文》（Nature Astronomy）期刊。
Ye, Y., Xu, X., Lee, LC. et al. In situ observation of mass ejections caused by magnetic reconnections in the ionosphere of Mars. Nat Astron (2024).

“In situ observation of mass ejections caused by magnetic reconnections in the  ionosphere of Mars”論文的第一作者為葉煜東博士（原為澳科大博士後），通訊作者為澳科大徐曉軍副教授和中央研究院地球所李羅權院士，(Nature Astronomy, April 2024）

論文全文：https://doi.org/10.1038/s41550-024-02254-3




本文轉載自中央研究院地球科學研究所最新消息，連結如下：https://www.earth.sinica.edu.tw/news/331