Innovativ model af det dynamiske magnetfelt, der omgiver Merkur

Kviksølv, planeten nærmest solen, deler med Jorden skelnen til at være en af ​​de to bjergrige planeter i solsystemet med et globalt magnetfelt, der skærmer den mod kosmiske stråler og solvinden. Nu forskere, ledet af fysiker Chuanfei Dong fra Princeton University Center for Heliophysics og US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), har udviklet den første detaljerede model af samspillet mellem den magnetiserede vind og det magnetiske felt, eller magnetosfære, der omgiver planeten - fund, der kan føre til en forbedret forståelse af det stærkere felt omkring Jorden.

Grundlæggende værktøj

Dong brugte en ny tredimensionel simuleringskode kaldet "Gkeyll", der inkorporerer fysikken i mikroskalaadfærd i en sofistikeret makroskalamodel. Simuleringen vil levere et grundlæggende værktøj til den dobbelte satellit BepiColombo-mission på vej til Merkur, som Dong er medundersøger af en suite af fire instrumenter om bord på rumfartøjet. Den internationale mission, opkaldt efter den afdøde matematiker Giuseppe (Bepi) Colombo fra University of Padua og opsendt af europæiske og japanske rumbureauer i 2018, er planlagt til at nå Merkur og begynde at kredse i 2025. "Vi vil levere numerisk information baseret på modellen, der vil hjælpe missionen med at forstå dens resultater, " sagde Dong, hovedforfatter på et papir, der beskriver modellen i Geofysiske forskningsbreve .

Plasma, materiens tilstand, der består af positivt ladede atomkerner og negativt ladede elektroner, udgør 99 procent af det synlige univers. Magnetisk genforbindelse, sammensmeltningen og voldsom adskillelse af magnetfeltlinjerne i plasma, regulerer Merkurs magnetosfære, som er meget mindre, men langt mere dynamisk end Jordens. Genforbindelse sker, når solvinden rammer Merkurs magnetosfære, får dets magnetfelt til at cykle forfra, eller om dagen, af magnetosfæren bagud, eller natbord, hvor genforbindelsen opstår igen, og marken cykler tilbage til dagen.

Forskerholdet fangede fysikken i denne proces ved at simulere hidtil usete 10 forskellige variabler med Gkeyll. Modellen fanger vigtige aspekter af elektronernes bevægelse nær genforbindelsesstedet, et vigtigt, men lidt forstået aspekt af processen, og stemmer godt overens med observationer af NASA Mercury Surface, Rummiljø, Geochemistry and Ranging (MESSENGER) satellit, der kredsede om Merkur fra 2011 til 2015.

Begge sider nu

Mens single-satellit MESSENGER ikke kunne indsamle data fra dag- og natsiden af ​​Mercury samtidigt, BepiColombo-missionen med to satellitter vil udforske begge sider af magnetosfæren. Ud over, siden MESSENGER's periapsis, eller stien tættest på Merkur, var på den nordlige halvkugle, den sydlige halvkugle og dens magnetfelt er endnu ikke fuldt ud undersøgt. BepiColombo-missionen vil dække begge halvkugler.

Et ejendommeligt ved Merkur er, at dets magnetfelt er omkring tre gange stærkere på den nordlige halvkugle end på den sydlige, i modsætning til Jordens, hvor felterne stort set er de samme. Generering af felterne i begge planeter er det skiftende flydende jern i deres elektrisk ledende smeltede kerner. I Merkur strækker den usædvanligt store kerne sig over 80 procent af det indres radius, tæt kobling af feltet til den kerne, der skaber det.

Den nye model gjorde det muligt for Dong og hans team at udforske mange nøglefunktioner ved Mercury-magnetosfæren, såsom genforbindelse i grænsen mellem solvinden og magnetfeltet og feltets frem og tilbage cykling. Modellen afslørede elektronfysikkens væsentlige rolle i genforbindelsesprocessen, hvilket er "kollisionsfrit", fordi de vidt adskilte plasmapartikler i rummet ikke ofte kolliderer. Modellen afslørede endvidere, at den tætte kobling mellem magnetosfæren og den store jernkerne hjælper med at beskytte Merkur mod erosion fra solvinden.

Afgørende skridt

Disse fund, sagde Dong, "repræsenterer et afgørende skridt i retning af at etablere en innovativ revolutionær tilgang" til forbedret forståelse af fysikken bag solvindens kontakt med den skæve magnetosfære på planeten tættest på solen. "Chuanfeis arbejde er en værdifuld milepæl i valideringen af ​​vores indsats for at modellere rumvejr på planeter, og sætter op til at lave forudsigelser om både lavintensive og ekstreme rumvejrhændelser på Jorden, " sagde Amitava Bhattacharjee, direktør for Princeton Center for Heliophysics og medforfatter til papiret.