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在2023年6月掠过水星期间，BepiColombo探测到了这个小行星磁场的多种特征。这些测量为任务即将在太阳系最内侧行星的轨道上进行的调查提供了诱人的线索。像地球一样，水星也有一个磁场，不过在行星表面其强度仅为地球的百分之一。然而，这个磁场在太空中形成了一个称为磁层的气泡，充当了抵御来自太阳的太阳风连续粒子流的屏障。由于水星离太阳很近，太阳风与磁层甚至行星表面的相互作用比地球上更为激烈。
探索这个气泡的动态和其中包含的粒子的特性是BepiColombo任务的主要目标之一。BepiColombo计划于2026年到达水星，通过掠过地球、金星和水星本身调整速度和轨迹，以便能够进入并被捕获到水星的轨道上。当前“叠加”
状态的航天器将分离并部署两个科学轨道器——由欧洲航天局（ESA）领导的水星行星轨道器(MPO)和由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)领导的水星磁层轨道器(MMO或Mio)，进入互补的轨道，以实现必要的双航天器测量，从而绘制出水星动态环境的完整图景。当航天器在掠过水星期间高速飞行时，其中的许多科学仪器能够抢先一睹即将到来的激动人心的科学探索。
此外，这些掠过还提供了从水星轨道上无法直接获得的独特见解。曾是欧洲航天局研究员、现就职于巴黎天文台等离子体物理实验室的Lina Hadid，利用Mio上的水星等离子体粒子实验(MPPE)仪器套件，在2023年6月19日BepiColombo第三次的六次水星引力助推期间，迅速构建了一幅行星磁场的精美图景。“这些掠过非常快；
我们在大约30分钟内穿越了水星的磁层，从黄昏移动到黎明，最近距离仅为235公里之处。”她描述道。“我们采集了粒子的类型、它们的热量以及它们的运动方式，使我们能够在这短暂的时间内清晰勾勒出磁场地貌。”将BepiColombo的测量与计算机建模相结合，根据粒子的运动确定其来源，使得Lina和她的同事们能够描绘出在磁层中遇到的各种特征。
“我们观察到了预期的结构，如自由流动的太阳风与磁层之间的‘激波’边界，我们还穿过了等离子体片的‘角’部分，这是一种更热、更密集的带电气体，像尾巴一样在远离太阳的方向流出。但我们也有一些意外发现。”Lina是MPPE的主要联合调查员之一，也是其中一台仪器——质量光谱分析仪的负责人。她与前仪器负责人Dominique Delcourt一起撰写了这项结果的论文。
“我们探测到了一个所谓的低纬度边界层，它是由磁层边缘的湍流等离子体定义的，在这里，我们观察到了比以往在水星上看到的更广泛能量范围的粒子，很大程度上要归功于专为水星复杂环境设计的质量光谱分析仪的高灵敏度。”他说道。“BepiColombo将能够比以往更详细地确定水星磁层的离子组成。”
“我们还在赤道平面附近和较低纬度观测到了被困在磁层中的能量热离子，我们认为唯一的解释是由环形电流造成的，可能是一个部分环或完整环，这是一个备受争议的领域。”Lina补充道。环形电流是由被困在磁层中的带电粒子形成的电流。地球上有一个位于其表面数万公里之外的已知环流。在水星上，还不清楚粒子如何能被困在距行星几百公里之内，尤其是由于磁层被挤压在行星表面之上。
这一争议可能将在MPO和Mio全职收集数据时得到解决。Lina和她的同事们还观察到了航天器与周围太空等离子的直接相互作用。当航天器被太阳加热时，它无法检测到较冷的重离子，因为航天器本身被带电，排斥它们。但当航天器穿过行星背阴的夜间阴影时，充电情况不同，突然间，冷等离子体离子成为可见。比如，它检测到了氧、钠和钾离子，这些粒子可能是由微陨石撞击或与太阳风的相互作用从行星表面弹射出来的。
“这就像我们突然通过行星非常稀薄的大气层（称为其外大气层）‘爆炸’后的三维表面组成，”Dominique说道。“这真的很令人兴奋，因为我们开始看到了行星表面与等离子体环境之间的联系。”“在这个罕见的从黄昏到黎明穿越水星磁层的大规模结构中，我们尝到了未来发现的希望，”JAXA的BepiColombo项目科学家Go Murakami说。
“这些观察强调了需要两个轨道器及其互补的仪器来告诉我们完整的故事，并建立关于磁场和等离子环境如何随时间和空间变化的完整图景，”ESA BepiColombo项目科学家Geraint Jones补充道。“我们迫不及待地想看看BepiColombo将如何影响我们对行星磁层的更广泛了解。”
与此同时，科学家们已经在分析上月的第四次近距离水星飞掠期间获取的数据，而飞行控制人员正准备迎接定于2024年12月1日和2025年1月8日的最后两次背靠背飞掠。编辑注释
Lina Z. Hadid等人撰写的《BepiColombo第三次飞掠后的水星等离子体环境》今天发表在《自然通讯物理》上。这些结果是基于JAXA领导的水星磁层轨道器上的水星等离子体粒子实验仪器套件：
质量光谱分析仪(MSA)、水星离子分析仪(MIA)和水星电子分析仪(MEA)的测量结果。BepiColombo是欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构的联合项目。有关更多信息，请联系我们：ESA媒体关系
media@esa.int
