火星大气和电离层剖面探测对于火星气候和空间天气研究具有重要的学术价值，对于行星演化和宜居性重大科学问题研究具有重要的科学意义。无线电掩星探测技术是获取行星大气和电离层剖面数据的先进手段。早在2008年，中俄合作的萤火一号（YH-1）火星探测器立项时，YH-1首席科学家、中科院国家空间科学中心吴季研究员就提出了利用YH-1与俄罗斯Phobos-Grunt火星探测器，开展星-星链路高精度和夜间火星电离层掩星探测的创新举措，并曾计划与欧洲空间局合作，利用YH-1和欧洲空间据地球深空站开展星-地链路的火星电离层和大气层掩星探测。2020年2月10日，我国首次自主火星探测任务天问一号进入火星轨道。如何利用天问一号开展火星掩星探测，成为我国科学家和工程师们的热切盼望。空间中心胡雄研究员团队与中科院上海天文台、北京飞控中心、北京师范大学天文系等单位的科研人员通力合作，完成了发生于2021年8月5日7:08:21-7:14:15UTC的首个“天问一号”单频-单程火星无线电掩星事件的实验观测和数据处理，首次分析获取了天问一号观测的火星电离层和大气层参量剖面特征。分析表明，该次掩星事件发生于火星春季末期（Ls=81.3°），位于（66.03°N, -161.49°E），太阳天顶角为87.7°，当地时为22.7h；火星电离层M1 (M2) 层峰值高度位于140km (105km) ，峰值密度约为3.7′1010el/m3(5.3′1010el/m3)；火星大气层显示出明显的行星大气边界层（-2.35km-5km）、对流层和平流层（24km-40km）的特征；火星大气中的重力波活动和微量臭氧含量可以为观测到的剖面细节特征提供合理解释。无线电掩星探测是一项国际公认的前沿技术，建立于精密的深空测定轨技术、高稳定和高精度的时钟技术、高精度的深空无线电信号发射和接收技术、精确的卫星控制技术等基础之上，需要高精度的数据标定和信号跟踪技术、高精度的科学掩星反演技术、以及精确的地球电离层和大气电波延迟监测与修正技术等，才能获得可靠的火星电离层和大气参量剖面数据。首次天问一号火星掩星探测的研究成果，从侧面验证了我国上述各项技术指标的先进性，表明我国具备了自立自强的行星大气/电离层无线电掩星探测能力。未来更多的火星掩星实验观测结果将有利于我国相关领域的科学研究和发现。该研究成果于近日发表在国际学术期刊Remote Sensing 上。![]()
图：首次天问一号单程-单频K波段火星大气和电离层无线电掩星实验及其电离层和大气层参量探测剖面
Citation：Hu, Xiong, Xiaocheng Wu, Shuli Song, Maoli Ma, Weili Zhou, Qingchen Xu, Lei Li, Cunying Xiao, Xie Li, Chi Wang, Qinghui Liu, Lue Chen, Guangming Chen, Jianfeng Cao, Mei Wang, Peijia Li, Zhanghu Chu, Bo Xia, Junfeng Yang, Cui Tu, Dan Liu, Simin Zhang, Quan Zhang, and Zheng Li. 2022. "First Observations of Mars Atmosphere and Ionosphere with Tianwen-1 Radio-Occultation Technique on 5 August 2021" Remote Sensing 14, no. 11: 2718. https://doi.org/10.3390/rs14112718
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