即使MAVEN任务已结束，火星仍在不断揭示新秘密
NASA的MAVEN任务虽然已经正式结束，但这艘航天器留下的科学遗产仍在不断扩展。一项基于MAVEN观测的新研究报告称，火星上的一些极光形成方式，与驱动地球极光的过程相似，这为理解太阳粒子如何与红色星球破碎的磁环境相互作用提供了更清晰的图景。
这一发现来自一篇于2026年7月23日发表在Nature Communications上的论文，题为“Miniature Dungey-like cycle at Mars”。由加州大学伯克利分校科学家领衔的研究人员，利用MAVEN多个仪器的数据得出结论：火星上正在发生一种火星尺度的邓吉循环。对于地球而言，这一循环描述了磁重联和等离子体环流如何将来自太阳风的带电粒子引导至高层大气，并由此触发极光。
这一结果之所以重要，是因为火星本不应像地球那样表现出明显相似之处。地球拥有一个全球性磁场，可以将带电粒子引向两极。火星则没有。其行星级磁动力发电机在数十亿年前已经停止，只留下局部的地壳磁场。然而，这项新研究表明，至少某些相同的电动力学基本逻辑仍然适用，只是规模要小得多，而且发生在更为斑块化的磁环境中。
两颗截然不同的世界上，极光如何形成
在地球上，极光与一个大型、全球性的磁层相关联。当太阳的磁场遇到地球磁场时，磁力线可以发生重联。这一过程会将太阳风粒子注入磁层和磁尾，进而推动电流和等离子体环流。随后，电子会被加速并返回大气层，与大气成分碰撞，形成我们熟悉的极光。
邓吉循环由英国空间科学家詹姆斯·邓吉于1961年首次提出，是这一图景的核心。它解释了地球磁层和高层大气中的等离子体循环，以及太阳能量如何转化为极光显示的路径。
火星则是一个更复杂的案例。该行星已不再拥有全球性的磁屏蔽，而只保留了与强磁化地壳区域相关的孤立磁区。这些是古老磁场的残余，保存在岩石中，来自火星地质活动更为活跃的时期。由于这些地壳磁场是零散分布而非全球覆盖，火星上的任何极光过程都预计会比地球那种铺展于两极的壮观光幕更碎片化、更局部化。
新分析显示的正是这一点。该机制在性质上似乎相似，但规模被缩小了。火星并不是由一个行星级磁引擎将粒子导向大片极区，而是利用小型磁区，这些磁区仍可与太阳风重联并产生局部极光事件。
为何这不只是一次灯光秀
极光虽然视觉上令人惊叹，但对行星科学家而言，它们也是诊断工具。它们揭示了磁场、带电粒子与大气之间如何相互作用。在火星上，这些相互作用尤为重要，因为这颗行星正持续将大气粒子流失到太空中。
MAVEN全称为Mars Atmosphere and Volatile Evolution，十多年来一直在研究的正是这一问题。该任务考察了太阳风如何剥蚀火星大气，以及缺乏全球磁场如何影响这种流失。尽管该轨道器于2025年12月失去联系，且任务于2026年6月3日正式结束，但积累下来的数据集仍然丰富到足以支持新的发现。
这项极光研究与更广泛的科学目标完全契合。如果研究人员能够绘制太阳粒子如何被引导进入高层大气的路径，他们就能更好地理解火星如何与周围空间交换能量和带电物质。这反过来有助于阐明这颗行星在地质时间尺度上的气候和大气如何演化。
这项新工作也进一步凸显了比较行星学中的一条反复出现的经验：一颗行星并不需要是地球的缩小版或放大版，才能共享部分相同的物理规律。火星在许多结构性方面都不同于地球，但这项研究表明，在截然不同的边界条件下，磁重联和等离子体环流仍然可以组织成类似地球的模式。
是微型循环，而不是完美复制
这项研究并未声称火星拥有类似地球的磁层。这个区别很重要。地球磁场由内部仍在活动的发电机产生，涉及围绕固态内核运动的熔融外核。大约40亿年前，随着核心活动减弱，火星失去了这一全球磁场。留下来的地壳磁区只是遗迹，而非一个功能完整的行星级屏蔽层。
这意味着火星版本的邓吉循环必然是局部的、部分的。研究人员之所以将其描述为“微型”，是有充分理由的。这里观测到的并不是地球系统的缩小复制品，而是在孤立磁结构中运行的一种类似邓吉循环的过程。这一类比之所以有力，是因为它提供了一个熟悉的框架；但这一类比的局限同样具有启发性。它们表明，即便行星环境发生剧烈变化，一些等离子体过程仍然具有很强的稳健性。
在实际层面上，这有助于解释为什么火星极光可以在没有科学家通常与极光活动相关联的行星磁结构的情况下发生。地壳磁场似乎足以形成局部磁层，这些磁层可以与入射的太阳磁场重联，并驱动极光粒子沉降。
一项航天任务的“后生命”
这里还有一个更安静的机构层面故事。太空任务并不会在航天器停止运行时就真正结束。它们的数据档案往往能比任务本身延续几十年，而一些最重要的科学综合结论，往往要在团队花费多年比较测量结果、完善方法并重新审视早先假设之后才会出现。
MAVEN如今正进入这个阶段。它的运行篇章已经关闭，但其观测记录仍在被不断挖掘，用于回答关于大气逃逸、太阳风相互作用以及火星磁历史的问题。这项新的极光研究就是一个很好的例子，说明任务价值如何在硬件沉寂之后继续延续。
这对未来的火星科学同样重要。研究人员越了解这颗行星的近空间环境，就越能准确解读其表面历史、大气演化，以及未来机器人或人类探索所面临的挑战。带电粒子行为、太阳风暴和大气流失并不是彼此孤立的话题，而是关于火星如何从一个更像地球的早期世界演变为今天这个寒冷、空气稀薄的行星这一更大叙事中的相互关联部分。
一颗磁性拼布星球的更清晰图景
这篇报道的核心结论很简单，但意义重大：火星可以通过一种类似地球上的机制产生极光。不同之处在于，火星是通过破碎的磁性拼布，而不是统一的全球磁场，来实现这一点。
这一认识为科学家理解火星极光提供了更连贯的框架，也为将这些光学现象与火星更广泛的大气演化联系起来提供了更好的工具。它还进一步延伸了MAVEN的科学影响力。即便这艘航天器已结束使命，它留下的数据仍在持续重塑人们对火星的认识。
- 《Nature Communications》上的一项研究报告称，火星存在一种“微型邓吉循环”。
- 该发现基于NASA MAVEN任务的数据，而该任务已于2026年6月3日正式结束。
- 研究人员表示，部分火星极光的形成方式，类似于驱动地球极光的过程，但规模要小得多。
本文基于Universe Today的报道。阅读原文。
Originally published on universetoday.com