月球是研究深空等离子体和高能粒子环境的独特地点。在绕地球运行的大部分时间里,月球直接暴露在太阳风中。由于缺乏全球固有磁场和碰撞大气,太阳风和太阳高能粒子几乎不会发生任何偏转或吸收,直接撞击月球表面,与月球风化层和稀薄的月球外大气层相互作用。到达月球表面的高能粒子可能会被吸收或散射,或者通过溅射或解吸从月球风化层中移除另一个原子。银河宇宙射线也会出现同样的现象,其通量和能谱是行星际空间的典型特征。然而,在每次轨道运行的 5-6 天内,月球都会穿过地球磁层的尾部。这为现场研究地球磁尾等离子体环境以及大气从地球电离层逃逸提供了可能性,大气以重离子加速并流向尾部的形式存在。因此,月球环境为研究太阳风、宇宙射线和磁层与非磁化行星体的表面、地下和表面边界外层的相互作用提供了独特的机会。
发展了一种通过测量近火星空间中氢能中性原子(H-ENA)反演太阳风参数的算法。假设H-ENA是由太阳风中的质子与外大气层中性子发生交换碰撞而产生的,在磁流体力学(MHD)模拟太阳风与火星相互作用的基础上,建立了H-ENA模型,研究了H-ENA的特性。结果表明,太阳风H-ENA与太阳风一样,是高速、低温的粒子束,而磁鞘H-ENA速度较慢、温度较高,能量分布较广。假设太阳风H-ENA通量服从麦克斯韦速度分布,高斯函数最适合拟合太阳风H-ENA通量,由此可以反演太阳风的速度、密度和温度。进一步基于H-ENA模型模拟的ENA通量研究表明,反演太阳风参数的精度与ENA探测器的角度和能量分辨率有关。最后,利用天问一号任务的H-ENA观测数据验证了该算法。反演后的上游太阳风速度与原位等离子体测量结果接近。我们的结果表明,从H-ENA观测数据反演的太阳风参数可以作为火星空间环境研究数据集的重要补充,因为火星空间环境研究缺乏对上游SW条件的长期连续监测。