水星磁場中有一種電磁波，可以加速電子和產生極光

水星是太陽系中最靠近太陽的行星 所以它經常受到太陽風的衝擊 太陽風是一種高速的等離子體流 它從太陽表面噴射出來 帶走了太陽的一部分物質和能量 水星的探索始於上世紀七十年代 當時水手十號航天器兩次飛越了這顆行星 發現了水星有一個磁場 這意味着它有一個磁層 就像地球一樣 在本世紀初 信使號宇宙飛船對水星進行了更詳細的觀測 揭示了水星的磁場中心並不在行星中心 而是向北偏移了約0.2個水星半徑 BepiColombo國際水星探測項目 是目前正在進行的第三次水星探測 它由兩個航天器組成 MEO航天器和水星行星軌道飛行器 MEO航天器與前兩次探測不同之處在於 它攜帶了一套先進的等離子波儀器 專門設計用於首次研究水星周圍的電磁環境 電磁波是一種由電場和磁場組成的波動現象 它可以有效地加速等離子體粒子 因此它們在水星的磁層動力學中起着重要作用 本研究是由來自日本和法國的多所機構 和公司的科學家組成的國際聯合研究小組進行 並得到了法國宇宙空間研究中心 和日本宇宙航空研究開發機構空間 MEO航天器於2018年10月20日發射 目前正在前往水星的途中 計劃於2025年2月最後一次進入地球軌道 由於太陽對水星有很強的引力作用 因此將MEO送入水星軌道在技術上非常困難 但計劃在地球、金星和水星進行幾次飛躍後 於2021年進入水星軌道進行重力輔助機動 在2022年10月23日和2023年4月6日發生的水星飛躍期間 MEO航天器在大約200公里的高度接近了這顆行星 由於航天器在前往水星的旅程中處於收起狀態 因此測量電磁波會受到航天器本身產生的干擾噪聲 然而MEO航天器的開發是爲了儘可能降低其電磁噪聲水平 因此已通過EMC測試被認證爲電磁清潔航天器 日本和法國共同開發了能夠應對水星灼熱環境的交流磁場傳感器 並允許在水星周圍進行首次電磁波觀測 而不會受到航天器本身噪聲的污染 這些觀測揭示了合暢波的局部產生 這是一種在地球磁層中經常檢測到的電磁波 自從2000年代設計MEO航天器的等離子波儀器以來 人們就預測了水星磁層中合暢波的存在 包括金澤大學的美琪博士在內的國際聯合研究小組 最驚訝的是合暢波的空間定位 在兩次飛躍期間 僅在水星磁層黎明部分的一個極其有限的區域 檢測到合暢波 這意味着有一種物理機制 傾向於只在水星磁層的黎明部分產生合暢波 爲了調查黎明區產生合暢波的原因 國際聯合研究小組利用京都大學大村教授建立的 合暢波非線性增長理論 評估了被太陽風強烈扭曲的水星磁場區域的影響 夜間扇區的磁力線被太陽風壓拉伸 而黎明扇區的磁力線受到的影響較小 導致區域較小 基於磁力線的特性和非線性增長理論 揭示了在黎明扇區 能量沿着磁力線有效地從電子傳遞到電磁波 創造了有利於合暢波產生的條件 使用高性能計算機 對水星環境的數值模擬也證實了這種效果 在這項研究中 由於航天器觀測、理論和模擬之間的強大協同作用 該團隊揭示了受太陽風強烈影響的行星磁力線 對合暢波產生局部的重要性 在水星飛躍觀測中 該團隊準備使用計劃中的MEO航天器探測器 在水星周圍的軌道上進行全面的電磁環境調查 在計劃時預計會檢測到的合暢波 以相當局部的方式觀察到 即在水星的黎明部分 這是沒有預料到的 結果顯示了水星磁層的各種波動 數據表明 水星上存在可以產生合波的高能電子 產生合暢波有效加速的有源電子的可能性 以及由合暢波驅動的從水星磁層強行沉澱到水星表面的電子 產生X射線極光 這些觀測結果將對水星環境的科學理解產生廣泛影響 MEO宇宙飛船正在對水星進行全面探索的途中 根據飛躍觀測 我們發現磁場失真是合暢波局部產生的原因 MEO航天器在水星軌道上對電磁環境的全面探索 不僅有助於瞭解整個水星磁層的等離子體環境 還有助於深入瞭解磁層動力學 磁層充當屏障 防止太陽系行星上危及生命的宇宙輻射 比較來自水星和地球的數據 將加強我們對地球家園這一重要天然屏障的理解 MING PAO CANADA // MING PAO TORONTO