利用金星快车数据进行金星离子逃逸率的参数化

Due to lack of global intrinsic magnetic field, solar wind directly interacts with Venusian ionosphere, and energizes ions in the topside ionosphere even beyond gravitational escape speed. This process is considered as an important reason for water loss on Venus. Investigation of ion escape on Venus, especially estimation of ion escape rate, not only helps to understand the transfer of energy and momentum in the weakly magnetized plasma environment, but also is important to reveal the processes of planetary evolution. Since the escape rate is controlled by solar activity level and solar wind dynamic pressure, and the ions with different energy levels have different escape rates, researchers have suggested very different escape rates, which raised some debates on this topic. This project utilizes numerous data to conduct a comprehensive study on parameterization of escape rate, which may solve these debates. Taking advantage of the ion database during the whole Venus Express mission (2006-2015) and considering different energy bands, we will derive a function to describe how escape rate vary with solar activity level and solar dynamic pressure. The results will be tested by hybrid simulations. It is worth emphasizing that this project is going to estimate ion escape rate outside Venusian bowshock for the first time. Finally, we will try to apply the results on the evolution of planetary atmosphere-ocean system.

由于缺少内禀磁场的保护，太阳风直接与金星电离层相互作用，并能够加速顶部电离层离子并使之逃逸。该过程被广泛认为是金星失去水体的重要原因。对金星离子逃逸的研究，尤其是逃逸率的估算，不仅有助于理解弱磁环境下等离子体的能量和动量的传输，还有助于揭示行星的演化过程。由于金星离子逃逸率主要取决于太阳活动水平和太阳风动压，而且不同能量的离子逃逸率也不同，文献中可见各种迥异的逃逸率估值，也引发了许多争议。本项目使用海量数据进行系统化研究来将金星逃逸率参数化，从根本上解决这些争议。使用金星快车在大约一个太阳活动周期（2006-2015）内积累的离子数据，考虑离子逃逸的主要能量段，归纳逃逸率随太阳风动压和太阳活动水平变化的规律，并用函数形式进行描述。然后，利用全球混杂模拟来检验所得到的函数形式。值得强调的是，本项目将首次估算金星弓激波外的离子逃逸率。最后，尝试将参数化的结果应用于研究行星大气-海洋系统的演化。

由于缺少内禀磁场的保护，太阳风直接与金星电离层相互作用，并能够加速顶部电离层离子并使之逃逸。该过程被广泛认为是金星失去水体的重要原因。对金星离子逃逸的研究，尤其是逃逸率的估算，不仅有助于理解弱磁环境下等离子体的能量和动量的传输，还有助于揭示行星的演化过程。由于金星离子逃逸率主要取决于太阳活动水平和太阳风动压，而且不同能量的离子逃逸率也不同，文献中可见各种迥异的逃逸率估值，也引发了许多争议。本项目使用金星快车在大约一个太阳活动周期（2006-2015）内积累的离子数据，考虑离子逃逸的主要能量段，归纳逃逸率随太阳风动压和太阳活动水平变化的规律。然后，将金星的空间环境与太阳系内的其他行星（如地球、火星、水星等类地行星）进行类比，从而对行星演化历史进行研究。本项目首次发现并估算金星弓激波外的氧离子逃逸率；揭示了离子逃逸对行星生命演化的重要意义；确定了金星离子逃逸与金星空间环境的重要关系；发现一种新的全球性磁场，将之命名为“looping field”；确立太阳风条件与离子外流之间的关系，计算了能量的传输效率；对比了水星与地球的空间环境；首次发现土星磁层新重联区；类比了太阳系行星空间环境，并对其起源进行了探讨；指出了比较行星空间物理的研究前景。