Mit árult el a BepiColombo a Merkúr láthatatlan mágneses pajzsáról?
A mellékelt ábra egy ostrom alatt lévő bolygó környezetét mutatja be: az ostromlott égitest a Merkúr, a támadó pedig maga a Nap. A sárga vonal a BepiColombo űrszonda útját jelöli, amikor 2023. június 19-én harmadszor repült el a Merkúr mellett. A kék görbék a bolygó mágneses erővonalait rajzolják ki, a lila területek pedig olyan plazmarégiókat jelölnek, amelyeket a szonda műszerei közvetlenül mértek meg. Az eredmények egészen új képet adtak a Naphoz legközelebbi bolygó mágneses környezetéről, írja a Nature magazin.
A Merkúr különleges helyzetben van: mindössze 58 millió kilométerre kering a Naptól, ahol a napszél már sokkal sűrűbb és gyorsabb, mint a Föld környezetében. A napszél elektromosan töltött részecskék árama, amely folyamatosan áramlik kifelé a Napból. A Merkúr pályáján ennek dinamikus nyomása átlagosan körülbelül tízszer nagyobb, mint amekkora a Földet éri. Emiatt a bolygó mágneses tere állandóan összenyomódik a Nap felőli oldalon, míg az ellenkező oldalon hosszú, üstökösszerű mágneses farok nyúlik ki több százezer kilométerre az űrbe.
Pedig a Merkúr mágneses tere önmagában sem erős. Felszíni intenzitása csupán körülbelül egy százada a Föld mágneses terének. Mégis elegendő ahhoz, hogy kialakuljon körülötte egy önálló magnetoszféra – a Naprendszer kőzetbolygói közül csak a Föld és a Merkúr rendelkezik saját, belső eredetű globális mágneses térrel.
A BepiColombo átrepülése során a szonda több különböző plazmarégión haladt át. Először átszelte az úgynevezett íves lökéshullámot (bow shock), ahol a szuperszonikus napszél hirtelen lelassul és felhevül, mielőtt elérné a bolygó mágneses pajzsát. Ezután belépett magába a magnetoszférába, amelynek szerkezete korántsem homogén. A különböző részecskék más-más energiával és eltérő irányokból mozognak, ezért a műszerek szinte rétegenként tudták feltérképezni ezt a láthatatlan környezetet.
Az egyik legfontosabb felfedezés egy úgynevezett gyűrűáramlat (ring current) kimutatása volt. Ez elektromosan töltött részecskékből álló áramlásrendszer, amely körbeveszi a bolygót. A Föld esetében régóta ismert jelenség, hiszen a geomágneses viharok egyik fő szereplője. A Merkúrnál azonban most sikerült először meggyőző bizonyítékot találni arra, hogy hasonló rendszer itt is működik.
Ez azért különösen érdekes, mert a Merkúr magnetoszférája rendkívül kicsi. A bolygó átmérője alig 4900 kilométer, és a napszél olyan erősen összenyomja mágneses terét, hogy annak külső határa sokkal közelebb helyezkedik el a felszínhez, mint a Föld esetében. Ennek ellenére elegendő tér marad ahhoz, hogy nagy energiájú protonok csapdába essenek és elektromos áramot hozzanak létre a bolygó körül.
A BepiColombo meglepően alacsonyan repült el a Merkúr felett: legkisebb távolsága mindössze 235 kilométer volt. Ilyen közel a műszerek már nemcsak a magnetoszféra külső szerkezetét vizsgálhatták, hanem a felszínről kiszabaduló atomokat és ionokat is. A Merkúrnak gyakorlatilag nincs légköre, helyette rendkívül ritka exoszféra veszi körül. A napszél részecskéi folyamatosan bombázzák a felszínt, atomokat löknek ki a kőzetekből, amelyek egy ideig a bolygó körül sodródnak, majd visszahullanak vagy elszöknek az űrbe.
A mérések során hideg, kis energiájú ionokat is sikerült azonosítani, amelyek valószínűleg ebből az exoszférából származnak. Emellett egy turbulens határréteg is kirajzolódott a magnetoszféra peremén, ahol a napszél és a bolygó mágneses tere folyamatosan keveredik. Ez a régió kulcsszerepet játszik abban, hogy a Napból érkező részecskék miként jutnak be a bolygó mágneses környezetébe.
A kutatók számítógépes modellekkel kombinálták a részecskeméréseket. Az egyes ionok mozgását visszakövetve meg tudták becsülni, honnan érkeztek és milyen pályán haladtak. Ez olyan, mintha egyetlen porszem mozgásából próbálnánk rekonstruálni egy teljes homokvihar szerkezetét.
A BepiColombo egyelőre még nem állt Merkúr körüli pályára. Az elrepülések során végzett mérések azonban már most olyan részletességgel tárják fel a bolygó mágneses környezetét, amire korábban nem volt lehetőség. Amikor a küldetés végül megérkezik és két különböző keringőegység egyszerre kezdi meg a tudományos megfigyeléseket, a kutatók első alkalommal figyelhetik meg hosszabb időn keresztül, hogyan változik a Merkúr magnetoszférája a napszél erősségének ingadozására reagálva.
A Föld mágneses tere óvja bolygónkat a Nap leghevesebb részecskeviharaival szemben. A Merkúron egészen mások a viszonyok, éppen ezért kiváló természetes laboratórium annak megértéséhez, hogyan viselkedik egy bolygó mágneses pajzsa extrém csillagközeli környezetben. A BepiColombo minden egyes elrepülése közelebb visz ahhoz, hogy ne csak a Merkúrt értsük meg jobban, hanem azt is, miként működnek a mágneses terek más bolygóknál – sőt akár a távoli csillagok körül keringő exobolygóknál is.
