火星也有“极光”？NASA 探测器发现：质子是主角，遍布整个星球

以下是基于 NASA 的 MAVEN（火星大气与挥发物演化任务）探测器关于火星极光发现、与地球极光对比、证实证据、研究发表详情、广泛意义以及最终任务状态的全面、引用齐全的解读。

MAVEN 发现了什么：驱动火星极光的过程

MAVEN 发现，地球磁场重联过程（即“邓吉循环”）的一个微型版本在火星上同样驱动着某些极光，这表明尽管两颗行星的磁场环境截然不同，但相同的基本机制在两者上都起作用 。

“邓吉循环”是指太阳风的磁场线与行星磁场线连接（重联）的过程，它会加速带电粒子沿磁场线进入大气层。在地球上，这一过程通过我们强大的全球磁场在全行星尺度上发生。MAVEN 发现，同样循环也发生在火星上，但仅限于南半球高地局部区域的强地壳磁场——这些是古代磁场残留在火星地壳中的遗迹 。

2026 年 7 月研究的关键发现包括：

• **质子（而非电子）**是许多火星极光的主要驱动力。太阳风质子（氢离子）直接进入大气层，在那里它们从大气气体中夺取电子并发射紫外光 。
• “偷来的”电子促成了不寻常的质子极光。MAVEN 发现，进入的太阳风质子会捕获火星延伸氢层中中性氢原子的电子，变成中性原子，从而可以深入渗透到大气层深处，在重新离子化之前产生极光辉光 。
• 白昼侧的质子极光广泛且几乎持续存在，覆盖了火星白昼面的大片区域——这与地球不同，地球的质子极光仅限于极地小区域 。
• MAVEN 还记录了在湍动太阳风条件下出现的斑块状质子极光，以及在太阳风暴期间由太阳高能粒子引发的漫散夜间极光 。

火星极光与地球极光的对比

特征	地球极光（北极光/南极光）	火星极光（MAVEN 发现）
磁场	强大的全球偶极场，将粒子导向极地	没有全球磁场；仅存在零散的局部地壳磁场
主要粒子	电子（质子极光罕见且仅在小范围极地出现）	质子（主要驱动者；电子在某些类型中也起作用）
空间范围	集中在极光卵区	广泛分布于白昼面；可覆盖整个半球
波长	主要是可见光（绿色、红色）	主要是紫外线；毅力号火星车最近才探测到可见光极光
触发机制	全球尺度的邓吉循环	同一邓吉循环，但仅在地壳磁场区域局部发生
频率	持续但强度变化	白昼侧持续存在的质子极光；偶发性的风暴驱动事件

简而言之，火星拥有“泛在极光”——极光覆盖了行星的大部分区域而非仅限于两极——由相同的磁场重联物理机制驱动，但尺度更小且局部化 。

证实这一发现的证据与仪器

MAVEN 的**成像紫外光谱仪（IUVS）**是探测紫外波段极光辐射的主要仪器（特别是来自氢的莱曼-阿尔法发射）。支持的仪器包括：

• MAVEN 的太阳风离子分析仪（SWIA）和太阳风电子分析仪（SWEA）——测量进入的太阳风粒子及其能谱 。
• 磁强计（MAG）——绘制磁场拓扑图，确认地壳磁场引导粒子的位置 。
• 中性气体与离子质谱仪（NGIMS）——测量极光事件期间的大气成分变化 。

2015 年发现的漫散紫外极光（“圣诞灯光”事件）来自 IUVS 数据，显示 2014 年 12 月五天内，火星北半球出现明亮的紫外辉光 。2018 年发现的质子极光则源自将 IUVS 氢发射数据与 SWIA 测量到的进入大气层的质子通量相关联 。

研究发表详情

2026 年 7 月的里程碑式研究为：

• 标题：《微型邓吉循环驱动火星极光》（Miniature Dungey-like cycle drives aurora at Mars）
• 作者：Shaosui Xu 及同事（加州大学伯克利分校 / 空间科学实验室）
• 期刊：《自然·通讯》（Nature Communications）
• 发表日期：2026 年 7 月 24 日
• 核心主张：来自 MAVEN 全套仪器的测量结果证实，磁场重联（邓吉循环）在火星地壳磁场上空运作，加速质子进入大气层并产生极光 。

较早的基础性论文包括：

• 《火星上漫散极光的发现》，《科学》 350，aad0210 (2015)
• 《MAVEN 对火星响应日冕物质抛射的观测》，《科学》 (2015)

更广泛的影响

• 行星磁场演化：证明邓吉循环能在局部地壳磁场上运作，有助于解释火星尽管在数十亿年前失去了全球发电机，但仍然与太阳风保持动态相互作用 。
• 大气逃逸：驱动极光的同一磁场重联过程也会将大气离子加速到太空中。MAVEN 数据揭示，太阳风暴期间大气侵蚀显著加剧，这有助于量化火星在漫长地质年代中如何失去其大部分大气及其水源 。
• 比较行星学：这一发现证实，磁场重联是类地行星上的一个普遍过程，其规模取决于可用磁场的强度和几何形状 。

失联后的最终任务状态

MAVEN 的任务于 2026 年 6 月 3 日由 NASA 正式宣布结束，此时探测器已被认定为无法恢复 。时间线如下：

• 2025 年 12 月 6 日——NASA 在与探测器失去姿态控制后的最后一次信号联络 。
• 2026 年 1 月——NASA 在太阳会合期后恢复联系尝试，发送恢复指令，但未收到任何回应 。
• 2026 年 6 月 3 日——NASA 召开媒体电话会议，正式宣布任务结束，并称其处于“不可恢复状态”。故障原因仍在调查中 。
• 任务结束时：MAVEN 已在火星轨道运行超过 11 年（2014 年 9 月抵达），远超其最初一年的主要任务期，持续了十年以上 。它完成了超过 10 年的科学运行，跨越整个太阳活动周期绘制了大气逃逸图，发现了多种类型的火星极光，并作为火星表面巡视器的关键通信中继 。