在火星上层电离层建模离子运输：探讨地壳磁场的影响

摘要 根据火星大气和挥发物演化（MAVEN）太空船的测量，强地壳磁场区域上方的离子和电子密度统计上增强。由于下层电离层中中性粒子的电离而产生的等离子体向上流动并被封闭的磁场线圈所捕获。电离层中增强的离子密度（特别是O 2+）与原子氧的光化学逃逸增强有关。本文提供了一个针对九种离子物种的火星电离层的准一维多流体时间依赖模型。采纳电离层温度，但离子密度和速度（沿场线）通过连续性方程和动量方程的数值解来确定。通过改变光电离率来探讨日变化效应。考虑了三种地壳磁场情况：一个低高度闭合场，一个高高度闭合场，以及一个高高度开放场。此外，还建模了一个没有地壳磁场的案例，以比较有无地壳磁场的上层火星电离层区域。模型结果显示，在地壳磁场案例中，离子和电子密度比在纯诱导场案例中更高。此外，我们发现闭合场线上一般密度高于开放场线，离子速度通常沿着场线向上，即远离火星表面。我们还发现开放场线案例的速度更大。我们将模型密度结果与MAVEN数据进行比较，发现总体上是一致的。还讨论了对大气逃逸的影响，特别是O的光化学逃逸。