來自BepiColombo 的新發現顯示了金星重離子的逃逸，暗示了複雜的大氣動力學。歐洲太空總署（ESA）/日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的貝皮科倫坡（BepiColombo）飛行任務對金星的短暫訪問揭示了金星大氣層上層氣體如何被剝離的驚人奧秘。

行星物質從金星磁鞘側翼逸出的示意圖。紅線和箭頭表示BepiColombo 觀測到逃逸離子（C+、O+、H+）的區域和方向。資料來源：Thibaut Roger/Europlanet 2024 RI/Hadid et al.

在金星磁環境中一個以前未被探索的區域進行的探測表明，碳和氧正在被加速到可以擺脫行星引力的速度。這些結果發表在4月12日的《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌。

研究的第一作者、法國國家科學研究中心等離子體物理實驗室研究員莉娜-哈迪德（Lina Hadid）說：「這是首次觀測到帶正電荷的碳離子從金星大氣中逸出。這些離子很重，通常移動緩慢，因此我們仍在努力了解其作用機制。

與地球不同，金星的內核不會產生固有磁場。然而，太陽發射的帶電粒子（太陽風）與金星高層大氣中的帶電粒子相互作用，在金星周圍形成了一個微弱的、彗星狀的”誘導磁層”。環繞磁層的是一個被稱為”磁鞘”的區域，太陽風在這裡被​​減緩和加熱。

2021 年8 月10 日，BepiColombo 號經過金星，減速並調整航向，飛往最終目的地水星。太空船沿著金星磁鞘的長尾俯衝而上，從最靠近太陽的磁區前端鑽出。在90 分鐘的觀測期間，BepiColombo 的儀器測量了它遇到的帶電粒子的數量和質量，捕捉了磁鞘側翼推動大氣逃逸的化學和物理過程的資訊。

金星在其歷史早期與地球有許多相似之處，其中包括大量的液態水。與太陽風的相互作用帶走了水，留下了主要由二氧化碳和少量氮及其他微量物質組成的大氣層。先前的飛行任務，包括美國太空總署的”先鋒金星軌道器”和歐空局的”金星快車”，對流失到太空中的分子和帶電粒子的類型和數量進行了詳細研究。然而，這些飛行任務的軌道路徑使得金星周圍的一些區域尚未被探索，許多問題仍然沒有答案。

這項研究的數據是由BepiColombo 的質譜分析儀（MSA）和水星離子分析儀（MIA）在太空船第二次飛越金星期間獲得的。這兩個感測器是水星等離子體粒子實驗（MPPE）儀器包的一部分，該儀器包由日本宇宙航空研究開發機構領導的水星磁層軌道器Mio 搭載。

LPP研究員、MSA儀器首席研究員多米尼克-德爾庫爾特（Dominique Delcourt）說：”描述金星重離子流失的特徵和了解金星的逃逸機制，對於了解金星大氣是如何演變的以及金星的水是如何流失的至關重要。

Europlanet的SPIDER空間天氣建模工具使研究人員能夠追蹤粒子如何在金星磁鞘中傳播。

天體物理學和行星學研究所（IRAP）的尼古拉斯-安德烈（Nicolas André）是SPIDER 服務的負責人，他說：”這一結果表明，在行星飛越過程中進行的測量可以產生獨特的結果，因為航天器可能會穿越軌道航天器通常無法到達的區域。

在未來十年中，將有一組太空船對金星進行研究，其中包括歐空局的”展望”飛行任務、美國太空總署的”VERITAS”軌道器和”DAVINCI”探測器以及印度的”Shukrayaan”軌道器。這些太空船將共同提供金星環境的全貌，從磁鞘到大氣層，再到金星表面和內部。

最近的研究結果表明，金星大氣層的逃逸並不能完全解釋其歷史含水量的損失。這項研究是揭示金星大氣歷史演變真相的重要一步，即將進行的任務將有助於填補許多空白。

編譯來源：ScitechDaily