В тонкой магнитосфере Меркурия взаимодействие с солнечным ветром порождает процессы с большим количеством энергичных частиц. Эти явления вызывают полярные сияния, очень похожие на земные, но возникающие при контакте с поверхностью планеты.
До сих пор не было прямых экспериментальных данных о поведении электронов во время этих явлений. Полученные 1 октября 2021 года во время первого пролёта планеты зондом BepiColombo данные могут дать новые ответы. Наблюдения показали, что магнитосфера находится в сжатом состоянии, в ней происходят ливни электронов, способные вызывать высокоэнергетические полярные сияния.
Полярные сияния на Меркурии
Магнитосфера Меркурия, созданная взаимодействием слабого собственного магнитного поля с солнечным ветром, напоминает земную, но намного тоньше и составляет лишь 5% от её размера. Её структура и динамика совершенно иные. Внутри неё происходят фундаментальные процессы: плазма ускоряется, перемещается, теряется или циркулирует по всей магнитосфере, как на других намагниченных планетах, таких как Земля, Юпитер, Сатурн и Уран.
Отчасти эти явления уже наблюдались на Меркурии в ходе миссий НАСА Mariner 10 и MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging). Однако наблюдения ограничивались северным полушарием магнитосферы из-за орбитального охвата этих двух миссий. Данных о поведении высокоэнергетических электронов не было.
Во время первого пролёта Меркурий BepiColombo прошёл на высоте всего 200 километров над поверхностью планеты. Таким образом, плазменные приборы, установленные на борту магнитосферного орбитального аппарата Меркурий (MMO), впервые провели одновременные наблюдения различных типов заряженных частиц солнечного ветра в окрестностях планеты. В частности, составили карту структуры и границ магнитосферы: магнитопаузы — поверхности, которая окружает магнитосферу и отделяет ее от солнечного ветра, и ударная волна — конечной границы между ними.
Результаты работы BepiColombo
Зонд пролетел через «магнитную оболочку» Меркурия, когда южное полушарие было ещё в тени. Выйдя из неё перед рассветом, датчики MPPE на борту Mio, два анализатора электронов MEA1 и MEA2, анализатор ионов MIA и анализатор энергичных нейтралов ENA одновременно измеряли плазму внутри магнитосферы планеты.
Полученные данные и сравнение их с данными миссии MESSENGER показывают, что магнитосфера была сжата, преимущественно вблизи отлетного участка пролёта. Вероятно, причиной стало высокое давление солнечного ветра.
Ускорение электронов, вероятно, происходит из-за процессов в плазме на сумеречной стороне магнитосферы Меркурия. Высокоэнергетические электроны переносится к планете и в конечном итоге падают на её поверхность. Не встретив препятствий от атмосферы, взаимодействуют с поверхностью и вызывают рентгеновское излучение, создавая полярное сияние.
Измерения BepiColombo позволили исследователям восстановить путь, пройденный электронами. Для этого был разработан код трассировки линий поля, определяющий положение потока заряженных частиц на магнитном экваторе и вдоль различных линий поля в разное время.
В журнале Nature Communications опубликованы результаты исследования. .