水星是距離太陽最近的行星，它與地球的共同之處是，它是太陽系中兩個(gè)高山行星之一，其全球磁場屏蔽了它免受宇宙射線和太陽風(fēng)的影響?，F(xiàn)在，由普林斯頓大學(xué)太陽物理中心的物理學(xué)家Chuanfei Dong和美國能源部(DOE)的普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了磁化風(fēng)與磁場之間相互作用的第一個(gè)詳細(xì)模型，或圍繞地球的磁層-這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致人們更好地理解地球周圍的更強(qiáng)磁場。

基本工具

Dong使用了一種新的三維仿真代碼，稱為“ Gkeyll”，該代碼將微觀行為的物理學(xué)結(jié)合到了復(fù)雜的宏觀模型中。該模擬將為雙星BepiColombo到水星的飛行任務(wù)提供基本工具，為此，Dong是該航天器上四套儀器的共同研究人員。該國際飛行任務(wù)以帕多瓦大學(xué)已故的數(shù)學(xué)家朱塞佩(Bepi)Colombo的名字命名，于2018年由歐洲和日本的太空機(jī)構(gòu)發(fā)起，定于2025年到達(dá)水星并開始繞行。“我們將根據(jù)該模型將有助于飛行任務(wù)了解其發(fā)現(xiàn)，”《地球物理研究快報(bào)》中描述該模型的論文的主要作者董說。

等離子體是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成的物質(zhì)狀態(tài)，占可見宇宙的99%。磁重新連接，即等離子體中磁力線的合并和劇烈分離，調(diào)節(jié)了水銀磁層，該磁層比地球小得多，但動(dòng)態(tài)得多。當(dāng)太陽風(fēng)撞擊水銀磁層時(shí)，會(huì)發(fā)生重新連接，從而使其磁場從磁層的前部或白天循環(huán)到后部或夜間，在此重新連接再次發(fā)生，并且磁場循環(huán)回到白天。

研究團(tuán)隊(duì)通過使用Gkeyll模擬了前所未有的10個(gè)不同變量來捕獲了此過程的物理過程。該模型捕獲了重連接點(diǎn)附近電子運(yùn)動(dòng)的重要方面，是該過程的一個(gè)重要但鮮為人知的方面，并且與對繞行軌道運(yùn)行的NASA汞表面，空間環(huán)境，地球化學(xué)和測距(MESSENGER)衛(wèi)星的觀測結(jié)果非常吻合。 2011年至2015年的水星。

現(xiàn)在雙方

雖然單衛(wèi)星MESSENGER無法同時(shí)從水星的日夜場收集數(shù)據(jù)，但雙衛(wèi)星BepiColombo任務(wù)將探索磁層的兩側(cè)。此外，由于MESSENGER的近日消化道或最接近水星的路徑位于北半球，因此尚未對南半球及其磁場進(jìn)行全面研究。BepiColombo任務(wù)將覆蓋兩個(gè)半球。

水星的一個(gè)奇特之處在于，它的磁場在北半球的強(qiáng)度是在南半球的強(qiáng)度的三倍，這與地球的磁場基本相同。在兩個(gè)行星中產(chǎn)生磁場的是液態(tài)鐵在其導(dǎo)電的熔融鐵心中移動(dòng)。在水星中，異常大的巖心延伸超過內(nèi)部半徑的80%，將磁場緊密地耦合到產(chǎn)生它的巖心。

新模型使Dong和他的團(tuán)隊(duì)能夠探索水星磁層的許多關(guān)鍵特征，例如重新連接太陽風(fēng)和磁場之間的邊界以及該磁場的來回循環(huán)。該模型揭示了電子物理學(xué)在重新連接過程中的重要作用，這種過程是“無碰撞的”，因?yàn)樵诳臻g中廣泛分離的等離子體粒子通常不會(huì)碰撞。該模型進(jìn)一步表明，磁層與大鐵芯之間的緊密耦合有助于保護(hù)汞免受太陽風(fēng)的侵蝕。