Data z průletů BepiColombo kolem Merkuru už přináší vědecké informace

V červnu 2023 provedla evropsko-japonská mise BepiColombo gravitační manévr u svého budoucího cíle – planety Merkur. Během průletu byly obě spojené sondy vystaveny řadě jevů, které často souvisely s magnetickým polem planety. Přístroje na BepiColombo tyto jevy měřily a poskytly tak vědcům náznak toho, co by se mohli časem dozvědět o magnetickém poli Merkuru a jeho jedinečných útvarech, které by mise měla prostudovat do hloubky, až v listopadu 2026 dorazí na oběžnou dráhu kolem planety.

Vědci už o magnetickém poli Merkuru vědí desítky let, takže už zjistili, že je u povrchu planety přibližně stokrát slabší než magnetické pole Země, ale odborníci mají stále mnoho otázek ohledně jeho intenzity a interakcí. Magnetické pole Merkuru vytváří kolem planety „bublinu“, které se říká magnetosféra a vzhledem k tomu, jak blízko kolem Slunce Merkur obíhá, je jeho magnetosféra neustále bombardována energetickými částicemi, které jsou vyvrhovány z povrchu Slunce.

Až BepiColombo dorazí k Merkuru, rozdělí se na dvě sondy – MPO (Mercury Planetary Orbiter), kterou má pod palcem evropská ESA a MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), která patří japonské agentuře JAXA – které budou kolem planety kroužit po odlišných drahách. Během průletů, které BepiColombo provádí na své cestě k Merkuru a obě sondy jsou usazené na sobě, mohou jejich přístroje pozorovat Merkur z úhlů, vzdáleností a pozic, které na svých pracovních drahách nebudou mít k dispozici. S využitím souboru experimentů MPPE (Mercury Plasma Particle Experiment) začal tým vědců pod vedením Liny Hadid z Laboratoire de Physique des Plasmas na pařížské hvězdárně a spoluvedoucí souboru MPPE vytvářet náznak magnetosféry Merkuru. Hadid se svými spolupracovníky nasbírala potřebná data během zhruba půl hodiny, když BepiColombo 19. června 2023 prolétávala kolem Merkuru, což byl její třetí průlet kolem Merkuru z celkových šesti.

„Tyhle průlety jsou rychlé. Prolétli jsme magnetosférou Merkuru během asi 30 minut. Přesunuli jsme se od soumraku k úsvitu a v nejbližším bodě byla sonda jen 235 kilometrů nad povrchem planety. Sledovali jsme typy částic, jak jsou horké a jak se pohybují, což nám umožnilo jasně vykreslit magnetické prostředí během tohoto krátkého období,“ vysvětlila Hadid. Ta poté se svými kolegy zkombinovala měření z MPPE s počítačovými modely, aby mohla určit původ částic v magnetosféře, které zachytila BepiColombo během průletu. Když poznali původ těchto částic, mohli experti přesněji načrtnout magnetosféru Merkuru a její různé útvary.

„Viděli jsme očekávané struktury jako je rázová vlna oddělující volně plynoucí sluneční vítr a magnetosféru, také sonda prolétla skrz „rohy“ lemujícími tzv. plazmový ohon, oblast horkého, hustšího elektricky nabitého plynu, který se jako ocas rozlévá směrem dále od Slunce. Dočkali jsme se však i několika překvapení,“ přiznává Hadid. „Objevili jsme takzvanou mezní vrstvu v nízkých „zeměpisných“ šířkách (low-latitude boundary layer), která je definována oblastí turbulentního plazmatu na okraji magnetosféry. Tady jsme pozorovali částice s mnohem širším rozsahem energií, než jaké byly kdykoli předtím u Merkuru pozorované. Je to především díky citlivosti hmotnostního spektrometru, který byl navržen speciálně pro složité prostředí Merkuru. Mise BepiColombo bude schopna určit složení iontů v magnetosféře Merkuru podrobněji než kdykoli předtím,“ dodal Dominique Delcourt, spoluautor a dřívější vedoucí vývoje přístroje MPPE.

Kromě tohoto jevu si Hadid se svým týmem všimla také existence prstencového proudu, neboli elektrického proudu neseného nabitými částicemi, které jsou zachyceny v magnetosféře planety ve vzdálenosti několika set kilometrů od povrchu Merkuru. Vědci si zatím nejsou zcela jisti, jak jsou nabité částice zachyceny ve vzdálenosti několika set kilometrů od planety, zejména když magnetosféra planety je tlačena k povrchu. Země má ve své magnetosféře přítomný prstencový proud, který však sahá desítky tisíc kilometrů od povrchu planety – mnohem dále než Merkurův prstencový proud.

„Pozorovali jsme také energetické horké ionty blízko rovníkové roviny a v nižších „zeměpisných“ šířkách, které jsou zachyceny magnetosférou. Domníváme se, že jediný způsob, jak to vysvětlit, je právě pomocí prstencového proudu – ať už by šlo o kompletní, či jen částečný prstenec, ale ale je to oblast, o které se hodně diskutuje,“ doplnila Hadid. Data jejího týmu umožnila ostatním týmům kolem BepiColombo nejen pozorovat magnetosféru planety, ale také to, jak sonda interagovala s magnetosférou a okolním kosmickým plazmatem. Kupříkladu, když byla BepiColombo ohřívána Sluncem, nebyly její senzory schopny zachytit chladnější, těžší ionty, jelikož sonda se elektricky nabila, což ionty odpuzovalo. Ovšem když sonda nebyla ohřívána Sluncem pohybovala se ve stínu Merkuru, pokrylo ji spousta iontů chladného plazmatu, které byly viditelné díky odlišnému náboji sondy.

Průlet BepiColombo kolem Merkuru v červnu 2023 umožnil detekovat ionty kyslíku, sodíku a draslíku. Tyto ionty byly pravděpodobně vyvrženy z povrchu planety kvůli interakci planety se slunečním větrem, či dopadem mikrometeoritu na povrch. „Je to jako kdybychom rázem viděli povrchové složení „explodované“ ve 3D skrz velmi slabou atmosféru planety, které se říká exosféra. Je skutečně fascinující začít sledovat spojení mezi povrchem planety a plazmatickým prostředím,“ říká Delcourt.

Výsledky Liny Hadid a jejího týmu ukazují důležitost mise BepiColombo a její schopnost charakterizovat podmínky u nejbližší planety ke Slunci. Kromě toho, že BepiColombo poskytne vědcům rozsáhlé informace o planetárních magnetosférách, odhalí více o tom, jak se Merkur formoval a vyvíjel. „Pozorování zdůrazňují potřebu, aby nám obě sondy a jejich doplňující se přístroje poskytly úplnou informaci a vytvořily úplný obraz o tom, jak se magnetické a plazmatické prostředí mění v čase a v prostoru,“ uvedl Geraint Jones, vědec agentury ESA zapojený do projektu. Po průletu z června 2023, kterému se dnešní článek věnoval, stihla BepiColombo čtvrtý průlet kolem Merkuru a vědci již začali analyzovat data nasbíraná během něj. Zbylé dva gravitační manévry mise u Merkuru jsou naplánovány na 1. prosince 2024 a 8. ledna 2025.

Přeloženo z:
https://www.nasaspaceflight.com/

Zdroje obrázků:
https://www.nasaspaceflight.com/…/Mercury_s_magnetosphere_during_BepiColombo_s_third_flyby_unannotated-scaled.jpg
https://www.cosmos.esa.int/…/b736652f-4115-4f5e-9d47-62edf5384e5c?t=1440675221000
https://upload.wikimedia.org/…/2560px-Structure_of_the_magnetosphere-cs.svg.png
https://www.nasaspaceflight.com/…/Mercury_s_magnetosphere_during_BepiColombo_s_third_flyby_annotated-scaled.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…/Simulation_of_Mercury_s_magnetic_environment_pillars.png