Магнитосфера Меркурия во время третьего пролета БепиКоломбо. Фото: Европейское космическое агентство.
Когда BepiColombo пролетел мимо Меркурия во время своего пролета в июне 2023 года, он столкнулся с множеством особенностей магнитного поля крошечной планеты. Эти измерения дают волнующее представление о тайнах, которые миссия собирается исследовать, когда она выйдет на орбиту самой внутренней планеты Солнечной системы.
Как и Земля, Меркурий имеет магнитное поле, хотя у поверхности планеты оно в 100 раз слабее. Тем не менее, это магнитное поле создает в пространстве пузырь, называемый магнитосферой, который действует как буфер для непрерывного потока частиц, выбрасываемых Солнцем в виде солнечного ветра.
Поскольку Меркурий вращается так близко к Солнцу, взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой и даже с поверхностью планеты гораздо более интенсивное, чем на Земле. Исследование динамики этого пузыря и свойств частиц, содержащихся в нем, является одной из главных целей миссии BepiColombo.
BepiColombo должен прибыть к Меркурию в 2026 году, пролетая мимо Земли, Венеры и самого Меркурия, чтобы скорректировать свою скорость и траекторию и вывести ее на орбиту вокруг планеты. В настоящее время «сложенный» космический корабль разделит и развернет два научных орбитальных аппарата — планетарный орбитальный аппарат Меркурия (MPO) под руководством ЕКА и магнитосферный орбитальный аппарат Меркурия (MMO или Mio) под руководством JAXA — на взаимодополняющих орбитах, чтобы обеспечить возможность проведения важных измерений с помощью двух космических аппаратов. необходимо было нарисовать полную картину динамической среды Меркурия.
Когда космический корабль во время пролетов пролетает мимо Меркурия, многие из его научных инструментов могут предсказать грядущую захватывающую науку. Более того, пролеты предоставляют уникальную информацию из регионов планеты, к которым не будет прямого доступа с орбиты.
Лина Хадид, бывший научный сотрудник ЕКА, ныне работающая в Лаборатории физики плазмы Парижской обсерватории, использовала набор инструментов «Эксперимент с частицами плазмы ртути» (MPPE), активный на Мио, во время пролета 19 июня 2023 года, третьего из шести гравитационных ассистентов БепиКоломбо на Меркурии. создать впечатляющую картину магнитного ландшафта планеты за очень короткий период времени.
Хадид является ведущим соавтором исследования MPPE и руководителем одного из его инструментов — анализатора массового спектра. Она работала над статьей, опубликованной в журнале Communications Physics, в которой были представлены результаты вместе с бывшим руководителем прибора Домиником Делькуром.
«Эти пролеты происходят быстро; мы пересекли магнитосферу Меркурия примерно за 30 минут, двигаясь от заката к рассвету и при максимальном сближении всего на 235 км над поверхностью планеты», — говорит она. «Мы выбрали тип частиц, насколько они горячие и как они движутся, что позволило нам четко построить магнитный ландшафт за этот короткий период».
Сочетание измерений БепиКоломбо с компьютерным моделированием для определения происхождения обнаруженных частиц на основе их движения позволило Хадид и ее коллегам обрисовать различные особенности, встречающиеся в магнитосфере.
«Мы увидели ожидаемые структуры, такие как «ударная» граница между свободно текущим солнечным ветром и магнитосферой, а также прошли через «рога», окружающие плазменный слой, область более горячего и плотного электрически заряженного газа, который вытекает наружу, как хвост в сторону от Солнца. Но у нас также были некоторые сюрпризы».
Делькур заявляет: «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 мы когда-либо видели на Меркурии. , во многом благодаря чувствительности анализатора масс-спектра, разработанного специально для сложной среды Меркурия».
«BepiColombo сможет определить ионный состав магнитосферы Меркурия более детально, чем когда-либо».
«Мы также наблюдали энергичные горячие ионы вблизи экваториальной плоскости и на низких широтах, захваченные в магнитосфере, и мы думаем, что единственный способ объяснить это — кольцевой ток, частичное или полное кольцо, но это область, которая гораздо обсуждается», — добавляет Хадид.
Кольцевой ток — это электрический ток, переносимый заряженными частицами, захваченными в магнитосфере. Земля имеет хорошо изученный кольцевой ток, расположенный на расстоянии десятков тысяч километров от ее поверхности. На Меркурии менее ясно, как частицы могут оставаться в ловушке в пределах нескольких сотен километров от планеты, особенно учитывая, что магнитосфера прижата к поверхности планеты. Этот спор, скорее всего, разрешится, как только MPO и Mio начнут постоянно собирать данные.
Моделирование магнитной среды Меркурия. Фото: Европейское космическое агентство.
Хадид и ее коллеги также наблюдали прямое взаимодействие космического корабля с окружающей космической плазмой. Когда космический корабль нагревается солнцем, он не может обнаружить более холодные тяжелые ионы, поскольку сам космический корабль заряжается электрически и отталкивает их.
Но когда космический корабль движется сквозь ночную тень планеты, заряд меняется, и внезапно становится видимым море холодных ионов плазмы. Например, космический корабль обнаружил ионы кислорода, натрия и калия, которые, вероятно, были выброшены с поверхности планеты ударами микрометеоритов или в результате взаимодействия с солнечным ветром.
«Мы как будто внезапно видим, как состав поверхности «взорвался» в 3D через очень тонкую атмосферу планеты, известную как ее экзосфера», — отмечает Делькур. «Очень интересно начать видеть связь между поверхностью планеты и плазменной средой».
«В этом редком прохождении крупномасштабной структуры магнитосферы Меркурия от заката до рассвета мы почувствовали надежду на будущие открытия», — говорит Го Мураками, научный сотрудник проекта JAXA BepiColombo.
«Наблюдения подчеркивают необходимость того, чтобы два орбитальных аппарата и их дополнительные инструменты рассказали нам всю историю и создали полную картину того, как магнитная и плазменная среда меняется во времени и в пространстве», — добавляет Герайнт Джонс, научный сотрудник проекта ESA BepiColombo.
«Нам не терпится увидеть, как BepiColombo повлияет на наше более широкое понимание планетарных магнитосфер».
Между тем, ученые уже изучают данные, полученные во время четвертого близкого пролета Меркурия в прошлом месяце, в то время как диспетчеры полета готовятся к двум последним пролетам подряд, запланированным на 1 декабря 2024 года и 8 января 2025 года соответственно.
Информация от: Европейским космическим агентством
