首次飞越水星的贝皮科伦坡发现电子雨引发X射线极光

BepiColombo 是欧洲航天局 (ESA) 和日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 的联合任务，揭示了电子雨点般落到水星表面如何引发高能极光。

该任务自 2018 年以来一直在前往太阳系最内层行星的途中，并于 2021 年 10 月 1 日成功地首次飞越水星。一个国际研究小组分析了这次相遇期间来自 BepiColombo 的三台仪器的数据。这项研究的结果今天发表在科学杂志《自然通讯》上。

地球极光是由太阳风、太阳发射的带电粒子流和地球大气层带电上层(称为电离层)之间的相互作用产生的。由于水星只有一层非常稀薄的大气层，称为外逸层，因此它的极光是由太阳风直接与行星表面相互作用而产生的。

BepiColombo 任务由两艘航天器组成，分别是欧洲航天局 (ESA) 领导的水星行星轨道飞行器 (MPO) 和日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 领导的水星磁层轨道飞行器 (MMO，发射后命名为 Mio)，目前处于对接状态，将进行为期七年的巡航。最终轨道。在第一次飞越水星期间，贝皮科伦博俯冲距离水星表面仅 200 公里。Mio 上的等离子体仪器的观测首次实现了对水星附近太阳风中不同种类带电粒子的同步观测。

该研究的第一作者、天体物理学与行星研究所 (IRAP) 的相泽 Sae Sae 表示：“我们第一次亲眼目睹了如何电子在水星磁层中加速并沉淀到行星表面。虽然水星的磁层比地球小得多，并且具有不同的结构和动力学，但我们已经证实，整个太阳系产生极光的机制是相同的。”

在飞越过程中，贝皮科伦坡从北半球的夜间一侧接近水星，并在南半球的早晨一侧附近进行了最近的接近。它观测了南半球白天一侧的磁层，然后离开磁层回到太阳风中。其仪器成功地观测了磁层的结构和边界，包括磁层顶和弓形激波。数据还显示，磁层处于异常压缩状态，很可能是由于太阳风的高压条件造成的。

电子加速似乎是由于水星磁层黎明面的等离子体过程而发生的。高能电子从尾部区域传输到行星，最终降落在水星表面。它们不受大气层的阻碍，与表面的物质相互作用并导致 X 射线发射，从而产生极光。尽管宇航局信使号任务之前曾在水星观测到极光，但迄今为止，人们还没有很好地理解和直接目睹水星表面触发 X 射线荧光的过程。

这项研究是由法国天体物理学与行星研究所(IRAP)、京都大学、ISAS、等离子体物理实验室(法国)、马克斯·普朗克太阳系研究所(德国)组成的研究小组进行的、瑞典空间物理研究所、大阪大学、金泽大学和东海大学。这项工作得到了欧盟委员会根据第 871149 号赠款协议提供的 Europlanet 2024 研究基础设施资助的部分支持。

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