Zhurong 탐사선을 이용한 화성 지상 자기 조사

Jul 21, 2023

자연 천문학(2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

화성의 자기장은 궤도를 도는 우주선을 통해 대규모로 측정되었으며 화성 운석을 통해 매우 작은 규모로 측정되었습니다. 여기에서는 미터에서 킬로미터 단위까지의 지상 자기 조사에 대해 보고합니다. Zhurong 탐사선은 화성의 Utopia Basin에 있는 1,089m 트랙을 따라 16개 지점에서 벡터 측정을 수행했습니다. InSight가 측정한 Elysium Planitia의 큰 자기장과 달리 궤도에서 추정한 것보다 평균 강도가 낮은 매우 약한 자기장을 기록했습니다. 우주선 측정에서는 고도와 비슷한 반경을 가진 영역을 샘플링하고, 지상 측정에서는 자화된 몸체의 깊이와 비슷한 반경을 가진 영역을 샘플링합니다. Zhurong이 측정한 약한 자기장은 탐사선의 횡단 주변 및 아래 수 킬로미터 깊이에 자화 이상이 없음을 나타냅니다. 우리는 약한 자기장에 대해 두 가지 가능한 설명을 제안합니다. 유토피아 분지 전체가 약 40억년 전에 형성된 이후 자성이 없는 상태로 남아 있을 수도 있고, Zhurong이 착륙한 반경 5km의 유령 분화구가 충격으로 인해 자기가 없어졌을 수도 있습니다.

지구형 행성의 지각 자기장 측정은 핵심 발전기 역사와 내부 열 진화에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다. 지구와 달리 화성에는 오늘날 전역 자기장이 없지만 이질적이고 국지적으로 강한 지각 자화가 있는 것으로 밝혀져 고대 발전기의 존재를 나타냅니다. 자기 조사는 소스로부터의 거리 또는 고도에 필적하는 길이 규모로 지각 자성을 조사합니다2. Mars Global Surveyor 우주선은 화성의 자기장을 전 세계적으로 185km(크기만)3 및 400km(벡터장)로 매핑했지만, 국지적으로는 90km(참조 4)만큼 낮지만 최대 1,500nT의 자기장을 보여줍니다. MAVEN(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) 우주선은 전역 벡터 자기장 매핑을 150km까지 확장했습니다(참조 5,6). 스펙트럼의 반대쪽 끝에서는 화성 운석(ALH84001) 샘플에 대한 고지자기 분석을 통해 매우 작은 길이 규모(~1mm)의 고대 자기장의 증거가 밝혀졌으며, 이는 4.1Ga 또는 아마도 이전의 초기 화성 발전기의 작동을 뒷받침합니다. 3.9 Ga (참조 7). 그러나 화성의 지각 자화의 기원과 고대 발전기의 역사 및 속성은 여전히 ​​활발한 관심 주제로 남아 있습니다. 뛰어난 핵심 질문 중 다수에는 지역 자기장 측정과 같은 새로운 고해상도 지역 데이터 세트가 필요합니다8. NASA InSight 플럭스게이트 자력계(IFG)는 단일 착륙 지점9에서 지상 자기장을 측정했습니다. IFG가 측정한 표면 자기 강도(~2,000nT)는 지상 지각장의 표준(일반적으로 <200nT)에 비해 매우 높지만10 화성의 광물학 및/또는 두꺼운 암석권의 자연적 변화로 설명될 수 있습니다. 미터에서 킬로미터 규모의 지역 조사는 지하 자기 광물학 및 지질 구조의 특성을 조사하는 데 특히 중요합니다. 이는 결국 화성 발전기8의 시기와 진화를 제한할 수 있습니다. 지금까지 누락된 것은 지질학자와 지구물리학 탐사자에게 가장 유용한 길이 규모의 자기 측정, 즉 킬로미터 규모의 지상 조사입니다.

Zhurong 탐사선은 2021년 5월 15일 남부 Utopia Basin(그림 1)에 착륙했으며 착륙 후 3개월 동안 자기 조사를 수행했습니다. Zhurong 탐사선에 탑재된 화성 탐사선 자력계(RoMAG)11 과학 페이로드는 동적 범위가 ±65,000nT이고 소음 수준이 0.01nT/√Hz @1Hz인 두 개의 동일한 3축 플럭스게이트 자력계(그림 2a)로 구성됩니다. 하나는 마스트에 장착되고 다른 하나는 마스트와 로버 데크의 교차점에 장착됩니다. 상부 플럭스게이트는 수직축을 중심으로 회전할 수 있습니다. 로버와 관련된 수평 자기장은 아래쪽 플럭스 게이트를 고정한 상태에서 위쪽 플럭스 게이트를 회전시키고 로버가 다른 방향을 가리키는 과정을 반복함으로써 제거됩니다. 그러나 이러한 방식으로 수직 구성 요소를 보정하는 것은 불가능하므로 이 문서에서는 수평 구성 요소만 설명합니다.