2021年2月,我国自主研发的首颗火星探测器“天问一号”历经6个多月,跨越4.65亿公里成功抵达火星。“天问一号”的主要科学任务包括调查火星表面环境进而理解火星大气的演化过程。在我国“天问一号”成功发射之前,国际火星卫星探测任务主要由美国、前苏联和欧洲的大型航空航天机构主导。
它们的研究结果显示,在约40亿年前,火星表面曾经存在过湖泊与海洋,但是今天的火星表面却无比干涸,其表面形貌特征与我国甘肃、青海、新疆等地的雅丹等风蚀地貌类似。
如果把火星与地球对比,可以发现不少差异,其中,由两点区别尤其引人瞩目:1. 火星质量更小、重力仅为地球的0.38;2. 火星缺乏内禀磁场,不像地球的地磁场能够延伸至地表50,000公里以上的高空。
引力更小,意味着火星表面的水、干冰通过蒸发、升华进入火星大气后,更容易扩散至高空、被太阳辐射电离,分解成H+、O+、CO+、CO2+等带电粒子;而火星又缺乏类似地球的“全球地磁场”,这些高空中的带电粒子在火星向阳面400至600公里的高度即可进入太阳风、被太阳风电场加速,最终逃逸损失至行星际空间。这一过程,称为“离子逃逸”,是导致火星表面水成分和大气损失的重要原因之一。
为了克服之前单颗卫星无法多点同时探测的不足,“EscaPADE”两颗卫星预计将开展两种飞行模式:1. 同轨道一前一后的“双星伴飞”;2. 两轨道高差约3000公里的“高低搭配”。“双星伴飞”模式既能同时观测空间尺度小于卫星间隔的磁层动力学过程,也可以在同一位置获取两颗卫星依次跨越的短时间尺度信息,因此这一模式可有效区分观测现象的空间分布和时间演化。
而另一种模式:“高低搭配”的飞行模式则能够使两颗探测器分别位于火星上游太阳风和磁层、电离层获取同时段观测数据,获取近火空间环境对太阳风条件变化的实时响应。