导读 在飞越金星期间，欧洲-日本太空探测器贝皮·科伦坡号首次在金星夜间未曾探索过的区域发现碳离子从金星大气层逃逸到太空中。对离子分布的研...

在飞越金星期间，欧洲-日本太空探测器“贝皮·科伦坡”号首次在金星夜间未曾探索过的区域发现碳离子从金星大气层逃逸到太空中。对离子分布的研究有助于了解哪些过程塑造了我们邻近行星的大气层，以及为什么它与地球的气体包层有如此大的不同。新测量的想法受到25年前发生的一次罕见的宇宙事件的启发，这次事件给地球带来了金星的气息。

为了在飞往水星的途中放慢速度，贝皮·科伦坡号于2021年8月10日第二次飞越金星。这艘太空探测器配备了比老金星旅行者更先进的科学仪器，飞越了金星夜间以前未探索过的区域边。这种“飞行访问”不仅为机上各仪器的科技团队提供了在真实太空条件下测试仪器的机会。这些数据通常还包含有价值的科学发现。然而，对于MPPE来说，并没有达到最佳的测量条件。仪器应保持关闭状态。

尽管如此，MPPE团队的研究人员仍然坚持在飞越期间尽可能确定行星环境中带电和不带电粒子的分布。马克斯·普朗克太阳系研究所的科学家马库斯·弗兰茨(MarkusFränz)解释说：“二十多年来，SOHO太空探测器的测量结果一直推动我们前进。”1996年，欧空局和美国宇航局的太阳和日光层观测站SOHO在地球附近的金星发现了碳离子。当时，地球正好位于金星的太阳滑流中。在这些罕见的条件下，来自金星夜间环境的离子可以深入太空，甚至到达地球。在金星现场，距金星较远距离处的碳离子探测尚未成功。“我们非常热衷于进一步调查此事，”弗兰茨继续说道。

无水、弱磁场

研究人员特别感兴趣的是，为什么金星和地球自形成以来采取了如此不同的进化路径，并在今天提供了完全不同的条件。虽然我们的家园变成了一个适合生命生存的世界，拥有充足的水和富氧的大气层，但金星却基本上失去了以前的水。大气中二氧化碳含量高也有利于极端的温室效应，从而产生平均超过450摄氏度的高表面温度。马克斯·普朗克太阳系研究所的科学家诺伯特·克虏伯说：“今天金星电离层中仍在发生的过程为了解这颗行星如何演化提供了重要线索。”

与地球不同，金星本身不会在其内部产生将大气中的粒子结合到行星上的磁场。太阳风的带电粒子，即来自太阳的恒定粒子流，只会感应出微弱的磁场。因此，光或快速粒子可以很容易地离开地球的影响范围。另一方面，重离子和分子，例如碳离子，实际上应该保持束缚状态——就像在地球或火星上一样。

比其前身更高的分辨率

在飞越过程中，现在首次可以确认1996年SOHO在金星附近的测量结果。“显然，金星磁层中的碳离子获得了足够的能量逃逸到太空中，”马克斯·普朗克太阳系研究所的科学家哈拉尔德·克鲁格总结道。MPPE传感器的测量结果表明了这一点。由旧的金星探测器(例如金星快车)进行的类似研究无法可靠地区分碳离子与具有相似质量的其他离子和分子。此外，金星快车穿过的金星磁层离地表太近，这是一个相当不利于搜索喷射离子的区域。现在只有BepiColombo的仪器能够提供必要的质量分辨率。

“金星大气层中显然有一种复杂的大气化学成分在起作用，这与地球和火星的大气层根本不同，”弗兰茨说。除了碳离子外，研究人员还发现逃逸氧离子的数量大约是碳离子的三倍。过量的氧离子表明水分子或离子是可能的来源。

穿过未探索区域的飞行路径

在飞越过程中，贝皮科伦坡从夜面接近金星。在那里，金星磁层通常被拉长并延伸到太空深处。目前的测量是在距离地球约36,000公里的地方进行的。此前还没有任何其他太空任务穿越过这个区域：欧洲航天局的金星快车太空探测器从2006年起绕地球运行了大约八年，其轨迹在靠近地球夜间表面的地方经过;美国国家航空航天局(NASA)于20世纪70年代末发射的先锋金星轨道飞行器保持了更远的距离。

科学家们希望通过未来访问金星的游客进一步了解金星大气层中发生的化学反应。在围绕太阳的椭圆轨道上，欧空局的太空探测器太阳轨道飞行器将在未来几年内多次经过这颗行星;欧空局的金星远景任务预计将于20世纪30年代发射到太空。

附加信息

马克斯·普朗克太阳系研究所参与了BepiColombo任务的总共四台仪器。该研究所的科学家和工程师开发并制造了用于MPPE(汞等离子体粒子实验)仪器包的MSA(质谱分析仪)传感器组件。该研究所还参与了较早的金星任务。该研究所在欧空局的空间探测器金星快车上提供了仪器ASPERA-4(空间等离子体和高能原子分析仪)。MPS目前正在为ESA未来金星远景任务开发VenSpec光谱仪的组件。