離子逃逸對火星大氣損失以及宜居性演化研究具有重要作用。火星上，氫離子向太空的損失有多種機制，不同離子逃逸機制的相對重要性尚不完全清楚。同時，氫離子逃逸與總氫損失的比例存在懸而未決的問題。探測火星離子逃逸亦是我國“天問一號”衛星任務的科學目標之一。
近日，中國科學院國家空間科學中心研究團隊，基于磁流體力學模擬，證明火星氫離子損失的主要源頭不是電離層離子通過磁尾的出流，而是氫外逸層電離產生的新生氫離子逃逸。當火星外層大氣（外逸層）中的氫原子與太陽風碰撞時，它們與太陽風發生電荷交換，形成氫離子并被太陽風電場加速。這種“拾取離子加速”為氫離子提供了足夠能量，來克服火星引力并逃逸到太空。
作為基本的等離子體界面，離子成分邊界位置調節拾取離子逃逸的效率，這是由于離子成分邊界位置上方的離子運動，受太陽風對流電場（Esw）的控制。對于氧離子和氧分子離子來說，沿Z軸的非對稱密度分布源于其受Esw驅動的擺線運動的大曲率半徑。相比之下，氫離子表現出與太陽風流對齊的尾部逃逸軌跡，這是由于它們的拾取回旋半徑小于火星感應磁層的特征尺寸；紅線軌跡表明，氧分子離子被離子成分邊界處的強Esw有效加速，形成離子羽流，并確認了它們的電離層起源；拾取的氫離子起源于離子成分邊界之外，這是由于離子成分邊界處加速的氫離子因其較小的回旋半徑而再循環回電離層。對于拾起的氧離子，起源包括電離層離子和電離的外逸層粒子。離子成分邊界外的拾取離子可能被局部電磁場部分偏轉到磁尾，但磁尾內的體輸運仍以密集、緩慢移動的電離層出流為主。
研究顯示，氫離子全球逃逸率比中性氫原子的熱逃逸率低1至2個數量級。進一步的研究表明，季節性重復或沙塵暴驅動的氫外逸層密度變化，可以調節氫離子逃逸率。同時，模擬的氫離子逃逸率對太陽風通量的依賴性，凸顯了拾取離子逃逸通道在火星歷史上對氫損失的重要性。
相關研究成果發表在《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。
論文鏈接
火星周圍不同成分離子分布磁流體模擬結果
本文鏈接：研究模擬火星氫離子逃逸過程http://www.sq15.cn/show-12-1817-0.html
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