水星电子加速源和X射线极光探测到局部合唱波

由于水星是太阳系行星中距离太阳最近的行星，因此它受到太阳风的强烈影响，太阳风是一种从太阳吹来的高速(数百公里/秒)等离子体流。水手10号航天器于1974年和1975年首次对水星进行了探索，结果表明水星具有磁场，因此也具有与地球类似的磁层。

2000年代，信使号航天器提供了水星磁场和磁层的详细图片，并揭示水星的磁场中心从行星中心向北移动了约0.2RM(RM是水星的半径2,439.7公里)。目前，BepiColombo国际水星探索项目正在利用Mio航天器(项目科学家村上博士)和水星行星轨道飞行器(MPO)对水星进行第三次探索。

特别是，与Mariner10和MESSENGER不同的是，Mio航天器配备了全套等离子体波仪器(PWI，首席研究员Kasaba教授)，专门用于首次调查水星周围的电磁环境。电磁波可以有效加速等离子体粒子(电子、质子、较重离子);因此，它们在水星磁层动力学中发挥着重要作用。

本研究是由来自金泽大学、东北大学、京都大学、MagneDesignCorporation、法国等离子体物理实验室的科学家组成的国际联合研究小组在CNES(法国航天局)和法国空间与空间研究所的支持下进行的。宇宙航空科学、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)。

Mio航天器于2018年10月20日发射升空，目前正在前往水星的途中，计划于2025年12月最终进入水星轨道。尽管由于水星的强大引力，将Mio送入水星轨道在技术上极其困难与水星相比，它计划在多次飞越地球、金星和水星进行重力辅助机动后，于2025年进入绕水星轨道。

在2021年10月1日和2022年6月23日飞越水星期间，Mio航天器以约200公里的高度接近水星。由于来自航天器本身的干扰噪声，航天器在前往水星的旅程中的收起配置对于测量电磁波来说并不是最佳的。

然而，Mio航天器的开发是为了尽可能降低其电磁噪声水平，因此通过EMC测试被认证为电磁清洁航天器。

日本和法国联合开发了能够应对水星灼热环境的交流磁场传感器，首次实现了水星周围的电磁波观测，而不受航天器本身噪音的污染。这揭示了合唱波的本地产生，例如在地球磁层中经常检测到的合唱波。

自2000年代设计Mio航天器的等离子体波仪器(PWI)以来，人们就预测了水星磁层中存在合唱波(频率范围、强度等)，这一点现已得到证实。最让包括金泽大学尾崎博士在内的国际联合研究小组感到惊讶的是合唱波的“空间局部性”，在两次飞越期间，合唱波仅在水星磁层黎明区的极其有限的区域内被检测到。

这意味着存在一种物理机制，倾向于仅在水星磁层的黎明区域产生合唱波。为了探究黎明扇区合唱波产生的原因，国际联合研究小组利用京都大学大村教授建立的合唱波非线性增长理论，评估了黎明扇区磁场曲率的影响。水星，被太阳风强烈扭曲。

夜间区域的磁力线受到太阳风压力的拉长，而黎明区域的磁力线受到的影响较小，曲率较小。根据磁场线的特征和非线性增长理论，揭示了在黎明区，能量沿着磁场线有效地从电子转移到电磁波，创造了有利于合唱波产生的条件。

使用高性能计算机对水星环境进行的数值模拟也证实了这一效应。在这项研究中，研究小组通过“航天器观测”、“理论”和“模拟”之间的强大协同作用，揭示了受太阳风强烈影响的行星磁场线对合唱波产生地点的重要性。”。

前景

在水星飞越观测中，该团队准备使用计划中的Mio航天器探测器在水星周围轨道上进行综合电磁环境调查。在计划时预计会检测到的合唱波以相当局部的方式被观测到，即在水星的黎明区，这是没有预料到的，结果显示了水星磁层的各种波动。

这些数据证明了水星上存在可以产生合唱波的高能电子，通过合唱波有效加速产生活性电子的可能性，以及通过驱动力驱动从水星磁层强行沉淀到水星表面的电子产生X射线极光。合唱波。这些观测将对水星环境的科学理解产生广泛的影响。

Mio太空船正在启程，对水星进行全面探索。根据飞越观测，我们发现磁场畸变是局部(即黎明扇区)产生合唱波的原因。Mio航天器对水星轨道电磁环境的综合探测不仅有助于了解整个水星磁层的等离子体环境，而且有助于深入了解磁层动力学的总体情况。

磁层充当屏障，防止太阳系行星上危及生命的宇宙辐射。水星和地球数据的比较将加强我们对我们家园星球这一重要自然屏蔽的理解。