До сих пор отсутствовали прямые экспериментальные данные о поведении электронов во время этих явлений. Недавно, во время первого пролета планеты зондом BepiColombo 1 октября 2021 года, мы получили данные, которые могут дать новые ответы. Наблюдения показали, что магнитосфера находится в сжатом состоянии, в ней возникают ливни электронов, способные вызывать высокоэнергетические полярные сияния.
Полярные сияния на Меркурии
Слабое собственное магнитное поле Меркурия взаимодействует с солнечным ветром и создает магнитосферу, похожую на земную, но более тонкую. Она составляет около 5% от размера земной и имеет совершенно иную структуру и динамику. Однако в ней происходят фундаментальные процессы, уже наблюдавшиеся на других намагниченных планетах, таких как Земля, Юпитер, Сатурн и Уран, в ходе которых плазма (ионизированный газ) ускоряется, перемещается, теряется или рециркулирует по всей магнитосфере.
Частично эти явления уже наблюдались на Меркурии миссиями НАСА Mariner 10 и MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging). Однако наблюдения были ограничены северным полушарием магнитосферы из-за орбитального охвата этих двух миссий, и данных о поведении высокоэнергетических электронов не было.
Во время первого пролета Меркурия BepiColombo прошел на высоте всего 200 км над поверхностью планеты. Таким образом, плазменные приборы, установленные на борту магнитосферного орбитального аппарата Меркурий (MMO, или Mio), впервые провели одновременные наблюдения различных типов заряженных частиц солнечного ветра в окрестностях планеты. В частности, они наблюдали магнитосферу на суточной стороне южного полушария, составив 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 вошел в магнитосферу Меркурия через «магнитную оболочку», когда южное полушарие еще было окутано темнотой. Затем он вышел из нее перед самым рассветом. Датчики магнитосферного эксперимента с частицами плазмы (MPPE) на борту Mio, два анализатора электронов Меркурия (MEA1 и MEA2), анализатор ионов Меркурия (MIA) и анализатор энергичных нейтралов (ENA) проводили одновременные измерения плазмы внутри магнитосферы Меркурия.
Полученные данные и их сравнение с данными миссии MESSENGER свидетельствуют о том, что магнитосфера была сжата, особенно на отлетном участке пролета. Скорее всего, это было вызвано высоким давлением солнечного ветра.
Ускорение же электронов, по-видимому, происходит за счет процессов, происходящих в плазме на сумеречной стороне магнитосферы Меркурия. Высокоэнергетические электроны переносятся к планете, где в конечном итоге выпадают на поверхность. Не встречая препятствий со стороны атмосферы, они взаимодействуют с материалом поверхности и вызывают рентгеновское излучение, создавая полярное сияние.
Благодаря измерениям BepiColombo исследователи смогли восстановить путь, пройденный электронами. Для этого они разработали код трассировки линий поля, который позволяет определять положение потока заряженных частиц на магнитном экваторе и вдоль различных линий поля в разное время.
С результатами исследования, опубликованными в журнале Nature Communications, можно ознакомиться .