用于研究火星周围全局结构的电荷交换发射 X 射线形态

由太阳系中与中性物质碰撞的太阳风离子诱发的软 X 射线发射已在行星周围被探测到，并被提议作为太阳风与火星外逸层相互作用的遥感探针。我们采用多流体三维磁流体动力学模型推导太阳风粒子的全局分布。利用球对称外逸层 H、H$_2$、He、O 和 CO$_2$ 密度剖面，以及一个包含电荷交换和质子/中性激发过程的复杂混合模型，研究火星周围 O VII 的低三重线比值 $G=\frac{i+f}{r}$（0.77$\pm$0.58）及总 X 射线光度。我们进一步计算了不同中性粒子在宽离子丰度和速度范围内的发射因子 $\alpha$ 值。我们的结果与先前报告吻合良好。太阳风离子电荷态的演化表明，在相互作用区由电荷交换引起的顺序复合可忽略不计。这仅出现在 400~km 以下高度。异常的低盘 $G$ 比值可轻易由高于 10$^{11}$cm$^{-3}$ 的中性密度下的碰撞猝灭效应解释。然而，猝灭贡献在火星外逸层中很小，且仅出现在 400~km 以下。与 H$_2$ 和 N$_2$ 的电荷交换仍是该低 $G$ 比值的最可能原因。与不同中性粒子碰撞的 X 射线发射率图彼此不同。与所有中性粒子碰撞中清晰的弓激波与先前报告一致。所得 6.55~MW 的总 X 射线光度与 XMM-Newton 观测值 12.8$\pm$1.4~MW 较先前预测更为吻合。