水星是離太陽最近的行星，水星也是太陽系中兩顆具有全球磁場的巖態(tài)行星之一，可以屏蔽宇宙射線和太陽風?，F(xiàn)在，由普林斯頓大學太陽物理中心的物理學家董傳飛（音譯）和美國能源部普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)物理學家董傳飛領導的研究團隊，

已經(jīng)開發(fā)出第一個詳細模型，描述了磁化風和圍繞水星磁場或磁層之間的相互作用，這一發(fā)現(xiàn)可能有助于更好地理解火星周圍的更強磁場。

研究使用了一種名為“Gkeyll”的新三維模擬代碼，該代碼在復雜宏觀模型中結(jié)合了微觀尺度行為的物理學。模擬將為前往水星的雙衛(wèi)星比皮科倫坡任務提供一個基本工具，董傳飛也是航天器上一套由四臺儀器組成的聯(lián)合調(diào)查員。這項國際任務以帕多瓦大學已故數(shù)學家朱塞佩(Bepi)科倫坡的名字命名，由歐洲和日本航天局于2018年發(fā)射，計劃于2025年抵達水星并開始軌道運行，其研究發(fā)表在《地球物理研究快報》期刊上。

研究將提供基于該模型的數(shù)字信息，這將有助于任務理解其發(fā)現(xiàn)。等離子體是由帶正電的原子核和帶負電電子組成的物質(zhì)狀態(tài)，占可見宇宙的99%。磁重聯(lián)，即等離子體中磁力線的合并和猛烈分離，調(diào)節(jié)著水星磁層，水星磁層比地球磁層小得多，但也更具動態(tài)性。當太陽風襲擊水星磁層時，重聯(lián)就會發(fā)生，導致它的磁場從磁層前部(或日側(cè))循環(huán)到磁層的后部(或夜側(cè))，在那里重聯(lián)發(fā)生，磁場循環(huán)回到日側(cè)。

研究小組用Gkeyll模擬了史無前例的10個截然不同的變量，從而捕捉到了這一過程的物理過程。該模型捕捉到了重聯(lián)點附近電子運動的重要方面，這是該過程中一個重要但鮮為人知的方面，與2011年至2015年圍繞水星運行的美國宇航局水星表面、空間環(huán)境、地球化學和測距(Messenger)衛(wèi)星的觀測結(jié)果非常吻合。雖然單衛(wèi)星信使號不能同時從水星的日側(cè)和夜側(cè)區(qū)域收集數(shù)據(jù)，但雙衛(wèi)星比佩科倫坡任務將探測磁層的兩側(cè)。

此外，由于“信使號”的遠心點或最接近水星的路徑在北半球，南半球及其磁場還沒有得到充分的探測。比佩科倫坡任務將覆蓋兩個半球。水星的一個奇特之處在于，它在北半球的磁場比在南半球磁場強三倍左右，而地球磁場基本上是南半球的三倍。在這兩個行星上產(chǎn)生磁場的是導電熔融核心液態(tài)鐵。在水星中，異常大核心延伸了內(nèi)部半徑的80%以上，將磁場與創(chuàng)造它的核心緊密地耦合在一起。

新模型使研究團隊能夠探索水星磁層的許多關鍵特征，例如太陽風和磁場之間的邊界重新連接，以及磁場的來回循環(huán)。該模型揭示了電子物理在重新連接過程中的重要作用，由于空間中廣泛分離的等離子體粒子不經(jīng)常發(fā)生碰撞，因此重新連接過程是“無碰撞的”。該模型進一步揭示，磁層和大鐵核之間的緊密耦合有助于保護水星免受太陽風侵蝕。這些發(fā)現(xiàn)“代表了建立一種創(chuàng)新革命性方法的關鍵一步”！

而得以提高對太陽風與距離太陽最近的水星不平衡磁層接觸背后物理原理的理解。普林斯頓太陽物理中心主任、研究的合著者阿米塔瓦·巴塔查吉表示：該研究是驗證我們在行星上建立空間天氣模型努力的一個里程碑，并為預測地球上低強度和極端空間天氣事件奠定了基礎。

博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實驗室

參考期刊《地球物理研究快報》

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