Магнитный ландшафт Меркурия нанесен на карту за 30 минут

Магнитосфера Меркурия во время третьего пролета BepiColombo. Автор: European Space Agency

Когда BepiColombo пролетал мимо Меркурия в июне 2023 года, он столкнулся с различными особенностями магнитного поля этой крошечной планеты. Эти измерения дают дразнящий вкус тайн, которые миссия собирается исследовать, когда выйдет на орбиту самой внутренней планеты Солнечной системы.

Как и Земля, Меркурий имеет магнитное поле, хотя и в 100 раз слабее на поверхности планеты. Тем не менее, это магнитное поле вырезает в пространстве пузырь, называемый магнитосферой, который действует как буфер для непрерывного потока частиц, выдуваемых Солнцем в виде солнечного ветра.

Поскольку орбита Меркурия находится так близко к Солнцу, взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой и даже поверхностью планеты намного интенсивнее, чем на Земле. Изучение динамики этого пузыря и свойств частиц, содержащихся в нем, является одной из главных целей миссии BepiColombo.

BepiColombo должен прибыть на Меркурий в 2026 году, используя пролеты мимо Земли, Венеры и самого Меркурия, чтобы скорректировать свою скорость и траекторию, чтобы захватить его на орбиту вокруг планеты. Текущий «сложенный» космический аппарат разделится и развернет два научных орбитальных аппарата — Mercury Planetary Orbiter (MPO) под руководством ESA и Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO, или Mio) под руководством JAXA — на дополнительных орбитах, чтобы обеспечить необходимые измерения с помощью двух космических аппаратов, необходимые для создания полной картины динамической среды Меркурия.

Поскольку космический аппарат пролетает мимо Меркурия во время пролетов, многие из его научных приборов могут украдкой увидеть предварительный просмотр захватывающей науки, которая будет впереди. Более того, пролеты дают уникальные сведения из регионов вокруг планеты, которые не будут доступны напрямую с орбиты.

Хадид — ведущий соисследователь MPPE и руководитель одного из его инструментов, Mass Spectrum Analyzer. Она работала над статьей, опубликованной в Communications Physics, в которой были представлены результаты, вместе с бывшим руководителем инструмента Домиником Делькуром.

«Эти пролеты быстрые; мы пересекли магнитосферу Меркурия примерно за 30 минут, двигаясь от заката до рассвета и находясь на минимальном расстоянии всего в 235 км над поверхностью планеты», — говорит она. «Мы отобрали тип частиц, насколько они горячие и как они движутся, что позволило нам четко составить карту магнитного ландшафта за этот короткий период».

Объединение измерений BepiColombo с компьютерным моделированием для определения происхождения обнаруженных частиц на основе их движения позволило Хадид и ее коллегам описать различные особенности, обнаруженные в магнитосфере.

«Мы увидели ожидаемые структуры, такие как «ударная» граница между свободно текущим солнечным ветром и магнитосферой, а также прошли через «рога», обрамляющие плазменный слой, область более горячего, более плотного электрически заряженного газа, который вытекает, как хвост, в направлении от Солнца. Но нас ждали и некоторые сюрпризы».

Делькур утверждает: «Мы обнаружили так называемый низкоширотный пограничный слой, определяемый областью турбулентной плазмы на краю магнитосферы, и здесь мы наблюдали частицы с гораздо более широким диапазоном энергий, чем когда-либо видели на Меркурии, во многом благодаря чувствительности масс-спектрометра, разработанного специально для сложных условий на Меркурии».

«BepiColombo сможет определить ионный состав магнитосферы Меркурия более подробно, чем когда-либо».

Кольцевой ток — это электрический ток, переносимый заряженными частицами, захваченными в магнитосфере. У Земли есть хорошо изученный кольцевой ток, расположенный в десятках тысяч километров от ее поверхности. На Меркурии менее ясно, как частицы могут оставаться захваченными в пределах нескольких сотен километров от планеты, особенно учитывая, что магнитосфера прижата к поверхности планеты. Этот спор, вероятно, будет урегулирован, как только MPO и Mio начнут собирать данные на постоянной основе.

Моделирование магнитной среды Меркурия. Автор: European Space Agency

Но когда космический корабль движется через ночную тень планеты, зарядка меняется, и внезапно становится видимым море ионов холодной плазмы. Например, космический корабль обнаружил ионы кислорода, натрия и калия, которые, вероятно, были выброшены с поверхности планеты ударами микрометеоритов или посредством взаимодействия с солнечным ветром.

«Мы как будто внезапно видим, как состав поверхности «взорвался» в 3D через очень тонкую атмосферу планеты, известную как ее экзосфера», — замечает Делькур. «Действительно волнительно начинать видеть связь между поверхностью планеты и плазменной средой».

«В этом редком исследовании крупномасштабной структуры магнитосферы Меркурия от заката до рассвета мы ощутили потенциал будущих открытий», — говорит Го Мураками, научный сотрудник проекта BepiColombo в JAXA.

«Наблюдения подчеркивают необходимость того, чтобы два орбитальных аппарата и их дополнительные приборы рассказали нам полную историю и создали полную картину того, как магнитная и плазменная среда меняется со временем и в пространстве», — добавляет Герайнт Джонс, научный сотрудник проекта ESA BepiColombo.

«Мы с нетерпением ждем возможности увидеть, как BepiColombo повлияет на наше более широкое понимание планетарных магнитосфер».

Тем временем ученые уже изучают данные, полученные во время четвертого близкого пролета Меркурия в прошлом месяце, а диспетчеры готовятся к двум последним последовательным пролетам, намеченным на 1 декабря 2024 года и 8 января 2025 года соответственно.

Больше информации: Lina Z. Hadid et al, Mercury's plasma environment after BepiColombo's third flyby, Communications Physics (2024). DOI: 10.1038/s42005-024-01766-8

Источник: European Space Agency