类地行星电离层形成机制

摘要

太阳系内每一个拥有大气层的天体均同时拥有一个电离层,它是行星空间环境的一个重要组成部分.研究行星电离层的一个关键性科学问题是搞清楚其形成机制.对于除地球以外三个拥有电离层的类地行星(金星、火星和泰坦),可能的电离层形成机制包括太阳辐射、高能电子沉降、高能质子沉降、微陨石流、宇宙射线、动力学输运等等.本报告将对上述电离层形成机制在比较行星学框架下进行系统性的介绍,聚焦于太阳辐射、高能电子沉降和动力学输运这三种最重要的机制.现有研究表明:在类地行星的朝阳面，电离层主要是由太阳辐射引起的，表现为电离层基本物理参数随太阳天顶角、太阳活动性的系统性变化规律，随着越来越接近晨昏分界面，太阳辐射迅速减弱，而动力学输运的效果则逐步突出，即背阳面等离子体本质上为朝阳面等离子体通过动力学过程水平输运至背阳面的残余物，表现为电离层基本物理参数随入夜时间的变化规律，随着太阳天顶角继续增加至深入类地行星夜间，朝阳面等离子体在动力学输运过程中的"复合"衰减导致输运效应停止，而高能电子沉降作用占主导地位，即电离层等离子体主要是由于临近空间环境（如太阳风）中的高能电子碰撞电离所产生，表现为电离层基本物理参数随磁场形态的变化规律。