NASA的MAVEN(火星大气与挥发物演化)任务科学家们，为理解火星上一类特殊极光的成因，找到了关键的一块拼图，这类极光的形成方式，竟然与地球极光有着惊人的相似之处。

这幅插图描绘了一次太阳风暴中的带电粒子剥离火星大气中的带电粒子，这是NASA的MAVEN任务所研究的火星大气流失过程之一。

图源：NASA

相关研究成果已于上周四发表在《自然·通讯》(Nature Communications)期刊上。研究显示，驱动地球磁层中带电粒子循环、并最终将其发射进入大气层的那套机制，同样也在火星上演，只不过由于两颗行星磁场结构的差异，这一过程在火星上的规模要小得多。

MAVEN探测器在环绕火星飞行期间，于2025年12月6日与地球地面站失去了信号联系。今年6月3日，NASA正式宣布，在确认该探测器已无法恢复联系后，这项任务宣告结束。不过，此次任务积累的数据，至今仍在持续为NASA的科学研究以及未来的火星探测任务提供支持。

01

地球上的邓基循环 ，火星上的迷你版

当太阳磁场线逼近地球磁层，也就是保护地球的那个巨大磁泡时，两者会发生磁重联，将能量与物质注入地球磁层与磁尾之中，最终把电子重新“打”回大气层，从而形成地球的极光。这一过程被称为邓基循环(Dungey cycle)，它驱动着电流、加速带电粒子形成极光，并控制着地球磁层与电离层中的等离子体循环。

而这项新研究表明，在火星那些强磁性的地壳区域上空，也在上演着一场迷你版的邓基循环，这让科学家们得以更深入地理解火星极光背后的物理机制。

我们此前已经知道火星上存在磁重联现象，但没想到它会和邓基循环如此相似，研究第一作者、加州大学伯克利分校空间科学实验室副研究物理学家许绍穗(Shaosui Xu)表示。

02

没有全球磁场的火星，为何也有极光

与地球不同，火星并不存在全球性的磁场。地球的磁场源自其内部翻涌的地核，而火星表面则散布着大量由强磁化地壳形成的迷你磁层。这些区域大约形成于40亿年前，当时熔岩在火星古老的全球磁场作用下逐渐冷却凝固；而如今，那个曾经的全球磁场，早已在强烈太阳风的持续剥蚀下彻底消失。

MAVEN此前已经观测到，在这些地壳磁场区域上空存在高度局域化的极光，其分布特征与地球两极的极光颇为相似，但科学家们直到这次研究，才真正搞清楚这些极光究竟是如何形成的。研究团队综合运用了MAVEN探测器上的多台仪器，逐步拼凑出了这一类邓基循环现象的完整图景：其中，磁强计与太阳风电子分析仪用于确定磁场结构并推算电流分布，而STATIC(超热与热离子成分分析仪)则用于测量电离层中的等离子体流动。

为了获取所需数据，我们几乎把STATIC仪器的性能潜力压榨到了极限，许绍穗说，这是解开这类局域化极光成因之谜的最后一块拼图。

03

同一套物理规律，两颗迥异的行星

研究团队意识到，正是这种类邓基循环现象在地壳磁场区域内发生，才解答了电子究竟是如何被加速、进而形成极光这一长期悬而未决的问题。这一发现同时也表明，类邓吉环流机制既可以在大尺度上发生，也可以在小尺度上发生，这为科学家们探索太阳系其他区域是否存在类似过程，提供了新的思路。

这是一项了不起的成果，它改变了我们对火星极光的认知，也让我们朝着理解地球与火星为何在遵循同一套物理规律的前提下，演化路径却如此迥异这一问题，又迈进了重要一步，MAVEN任务首席科学家、科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室研究科学家香农·柯里(Shannon Curry)表示，我为团队在这项发现上所做的工作感到无比自豪，也非常期待未来能继续揭开这颗红色星球及其演化历程的更多秘密。

通过深入研究这一过程，科学家们也得以更全面地理解太阳活动环境是如何与整个火星相互作用的，而这对于未来的机器人探测任务乃至载人火星任务而言，都至关重要。

我还记得在读研究生的时候，曾和导师讨论过火星地壳磁场的循环机制究竟是如何运作的，许绍穗说，如今能够成为找到这一问题答案的团队中的一员，感觉真的很奇妙。

04

关于MAVEN任务

MAVEN任务隶属于NASA火星探测计划(Mars Exploration Program)。该任务首席科学家所在的科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室，同时也负责任务的科学运行以及公众宣传与传播工作。NASA戈达德航天飞行中心(位于马里兰州格林贝尔特)负责管理MAVEN任务；洛克希德·马丁太空公司负责建造探测器并承担任务运行工作；NASA位于南加州的喷气推进实验室，则为任务提供导航与深空网络支持。

参考

//science.nasa.gov/missions/maven/nasas-maven-illuminates-new-understanding-of-auroras-at-mars/