Магнитное поле Меркурия приблизительно представляет собой магнитный диполь (то есть поле имеет только два магнитных полюса) [8], очевидно, глобальное [9] на планете Меркурий . [10] Данные с Mariner 10 привели к его открытию в 1974 году; космический аппарат измерил напряженность поля как 1,1% от магнитного поля Земли . [11] Происхождение магнитного поля можно объяснить теорией динамо . [12] Магнитное поле достаточно сильное вблизи головной ударной волны, чтобы замедлить солнечный ветер , который индуцирует магнитосферу . [13]
Открытие [1] | |
---|---|
Обнаружил | Маринер 10 |
Дата открытия | Апрель 1974 г. |
Внутреннее поле [2] [3] | |
Радиус Меркурия | 2439,7 ± 1,0 км |
Магнитный момент | От 2 до 6 × 10 12 т • м 3 |
Экваториальная напряженность поля | 300 нТл |
Наклон диполя | 0,0 ° [4] |
Параметры солнечного ветра [5] | |
Скорость | 400 км / с |
Параметры магнитосферы [6] [7] | |
Тип | Внутренний |
Расстояние магнитопаузы | 1,4 R M |
Длина магнитохвоста | 10–100 Р М |
Основные ионы | Na + , O + , K + , Mg + , Ca + , S + , H 2 S + |
Источники плазмы | Солнечный ветер |
Максимальная энергия частицы | до 50 кэВ |
Аврора |
Сила
Магнитное поле примерно на 1,1% сильнее земного . [11] На экваторе Германа относительная сила магнитного поля составляет около 300 нТл , что слабее, чем у спутника Юпитера Ганимеда . [14] Магнитное поле Меркурия слабее, чем у Земли, потому что его ядро охлаждается и затвердевает быстрее, чем у Земли. [15] Хотя магнитное поле Меркурия намного слабее, чем магнитное поле Земли, оно все же достаточно сильно, чтобы отклонять солнечный ветер , создавая магнитосферу . Поскольку магнитное поле Меркурия слабое, а межпланетное магнитное поле, с которым он взаимодействует на своей орбите, относительно велико, динамическое давление солнечного ветра на орбите Меркурия также в три раза больше, чем на Земле.
Вопрос о том, изменилось ли магнитное поле в какой-либо значительной степени между миссией Mariner 10 и миссией MESSENGER, остается открытым. В обзоре магнитных данных Mariner от 1988 г., проведенном JEP Connerney и NF Ness, было отмечено восемь различных статей, в которых было предложено не менее пятнадцати различных математических моделей магнитного поля, полученных на основе анализа сферических гармоник двух близких пролетов Mariner 10 , с сообщением о центрированном магнитном диполе. моменты от 136 до 350 нТл-R M 3 (R M - радиус Меркурия 2436 км). Кроме того, они указали, что «оценки диполя, полученные из положений головной ударной волны и / или магнитопаузы (только), варьируются от приблизительно 200 нТл-R M 3 (Рассел, 1977) до приблизительно 400 нТл-R M 3 (Славин и Хольцер, 1979b). . " Они пришли к выводу, что «несогласованность моделей объясняется фундаментальными ограничениями, налагаемыми пространственным распределением имеющихся наблюдений». [16] Андерсон и др. 2011 г., используя высококачественные данные MESSENGER со многих орбит вокруг Меркурия - в отличие от нескольких высокоскоростных пролетов - обнаружил, что дипольный момент составляет 195 ± 10 нТл-R M 3 . [17]
Открытие
До 1974 года считалось, что Меркурий не может генерировать магнитное поле из-за своего относительно небольшого диаметра и отсутствия атмосферы . Однако, когда Mariner 10 пролетел мимо Меркурия (где-то в апреле 1974 г.), он обнаружил магнитное поле, которое составляло примерно 1/100 от общей величины магнитного поля Земли . Но эти проходы давали слабые ограничения на величину собственного магнитного поля, его ориентацию и его гармоническую структуру, отчасти потому, что охват планетарного поля был плохим, и из-за отсутствия одновременных наблюдений плотности и скорости солнечного ветра. [3] С момента открытия магнитное поле Меркурия привлекло к себе большое внимание, [18] в первую очередь из-за малых размеров Меркурия и медленного 59-дневного вращения.
Магнитное поле само по себе , как полагают, происходит из механизма динамо , [12] [19] , хотя это является неопределенным до сих пор.
Происхождение
Происхождение магнитного поля можно объяснить теорией динамо ; [12] то есть конвекцией электропроводящего расплавленного железа во внешнем ядре планеты . [20] Динамо-машина создается большим железным ядром, которое опустилось в центр масс планеты , не охлаждалось годами, внешним ядром, которое не было полностью затвердевшим и которое циркулирует внутри. До открытия его магнитного поля в 1974 году считалось, что из-за небольшого размера Меркурия его ядро с годами охладилось. С этой теорией динамо все еще существуют трудности, включая тот факт, что Меркурий имеет медленное, 59-дневное вращение, которое не могло бы сделать возможным создание магнитного поля .
Это динамо, вероятно, слабее, чем динамо Земли, потому что оно управляется термокомпозиционной конвекцией, связанной с затвердеванием внутреннего ядра. Температурный градиент на границе ядро-мантия субадиабатический, и, следовательно, внешняя область жидкого ядра стабильно стратифицирована, и динамо работает только на глубине, где генерируется сильное поле. [21] Из-за медленного вращения планеты в результирующем магнитном поле преобладают мелкомасштабные компоненты, которые быстро колеблются со временем. Из-за слабого внутренне генерируемого магнитного поля также возможно, что магнитное поле, создаваемое токами магнитопаузы, имеет отрицательную обратную связь по процессам динамо, тем самым вызывая ослабление общего поля. [22] [23]
Магнитные полюса и магнитные измерения
Как и у Земли, магнитное поле Меркурия наклонено [10] [24], что означает, что магнитные полюса не расположены в той же области, что и географические полюса. В результате асимметрии север-юг внутреннего магнитного поля Меркурия геометрия силовых линий магнитного поля отличается в северных и южных полярных регионах Меркурия. [25] В частности, магнитная «полярная шапка», где силовые линии открыты для межпланетной среды, намного больше около южного полюса. Эта геометрия подразумевает, что южная полярная область гораздо более уязвима, чем северная, для заряженных частиц, нагретых и ускоренных взаимодействиями солнечного ветра и магнитосферы. Сила квадрупольного момента и наклон дипольного момента полностью ничем не ограничены. [3]
Магнитное поле Меркурия измеряли разными способами. В целом предполагаемое эквивалентное поле внутреннего диполя меньше, если оценивать его на основе размера и формы магнитосферы (~ 150–200 нТл R 3 ). [26] Недавние радиолокационные измерения вращения Меркурия с Земли выявили небольшое колебательное движение, объясняющее, что ядро Меркурия, по крайней мере, частично расплавлено, а это означает, что железный «снег» помогает поддерживать магнитное поле. [27] Космический корабль MESSENGER должен был произвести более 500 миллионов измерений магнитного поля Меркурия с помощью своего чувствительного магнитометра . [20] В течение первых 88 дней на орбите вокруг Меркурия, MESSENGER сделал шесть различных наборов измерений магнитного поля, проходя через магнитопаузу Меркурия. [28]
Характеристики поля
Ученые отметили, что магнитное поле Меркурия может быть чрезвычайно "проницаемым" [29] [30] [31], потому что MESSENGER столкнулся с магнитными "торнадо" во время своего второго пролета 6 октября 2008 г., которые, возможно, могут пополнить атмосферу (или " экзосфера », как называют астрономы). Когда Маринер-10 пролетел мимо Меркурия в 1974 году, его сигналы измеряли головную ударную волну, вход и выход из магнитопаузы, а также то, что полость магнитосферы в ~ 20 раз меньше, чем у Земли, и все они предположительно распались во время MESSENGER FlyBy. [32] Несмотря на то, что поле чуть более чем на 1% сильнее земного, его обнаружение Mariner 10 было воспринято некоторыми учеными как указание на то, что внешнее ядро Меркурия все еще было жидким или, по крайней мере, частично жидким с железом и, возможно, другими металлами . [33]
Миссия BepiColombo
BepiColombo - это совместная миссия Европейского космического агентства (ESA) и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) на Меркурий. [34] Он будет запущен в октябре 2018 года. [35] Частью его миссии будет выяснение магнитного поля Меркурия. [36] [37]
Рекомендации
- ^ «Данные MESSENGER с орбиты Меркурия подтверждают теории, предлагают сюрпризы» . Сторожевые башни . 2011-06-06. Архивировано из оригинала на 2013-02-04 . Проверено 26 июля 2011 .
- ^ Рассел, Коннектикут (1992-12-03). «Магнитные поля планет земной группы» (PDF) . Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе - IGPP . Проверено 26 июля 2011 .
- ^ а б в CT Russell; JG Luhmann. «Меркурий: магнитное поле и магнитосфера» . Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе . Проверено 18 июля 2011 .
- ^ Уильямс, Дэвид, Р. "Доктор" . Планетарные информационные бюллетени . Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. Архивировано из оригинального 28 марта 2014 года . Проверено 6 сентября +2016 .
- ^ Джеймс А. Славин; Брайан Дж. Андерсон; Дэниел Н. Бейкер; Мехди Бенна; Скотт А. Бордсен; Джордж Глоклер; Роберт Э. Голд; Джордж К. Хо; Сюзанна М. Имбер; Хадже Корт; Стаматиос М. Кримигис; Ральф Л. Макнатт-младший; Ларри Р. Ниттлер; Джим М. Рейнс; Менелаос Сарантос; Дэвид Шрайвер; Шон С. Соломон; Ричард Д. Старр; Павел Травничек; Томас Х. Зурбухен. "МЕССЕНДЖЕР Наблюдения за повторным соединением и его влиянием на магнитосферу Меркурия" (PDF) . Колорадский университет . Проверено 27 июля 2011 .
- ^ Reka Moldovan; Брайан Дж. Андерсон; Кэтрин Л. Джонсон; Джеймс А. Славин; Хадже Корт; Майкл Э. Пурукер; Шон С. Соломон (2011). «Магнитопауза Меркурия и головная ударная волна по наблюдениям MESSENGER» (PDF) . EPSC - DPS . Проверено 26 июля 2011 .
- ^ А.В. Лукьянов; С. Барабаш; Р. Лундин; П.С. Брандт (4 августа 2000 г.). «Визуализация энергетического нейтрального атома магнитосферы Меркурия 2. Распределение энергичных заряженных частиц в компактной магнитосфере - Аннотация». Планетарная и космическая наука . Лорел, Мэриленд: Лаборатория прикладной физики. 49 (14–15): 1677–1684. Bibcode : 2001P & SS ... 49.1677L . DOI : 10.1016 / S0032-0633 (01) 00106-4 .
- ^ Тони Филлипс (2008-07-03). «Новые открытия на Меркурии» . Наука @ НАСА . Проверено 16 июля 2011 .
- ^ Уильямс, Дэвид Р. «Планетарный информационный бюллетень» . Центр космических полетов имени Годдарда НАСА . Проверено 25 июля 2011 .
- ^ а б Рэнди Рассел (2009-05-29). «Магнитные полюса Меркурия» . Окна во Вселенную . Проверено 16 июля 2011 .
- ^ а б Джерри Коффи (24 июля 2009 г.). «Магнитное поле Меркурия» . Вселенная сегодня . Проверено 16 июля 2011 .
- ^ а б в Джон Картрайт (2007-05-04). «Расплавленное ядро раскрывает тайну магнитного поля Меркурия» . Мир физики . Проверено 16 июля 2011 .
- ^ Рэнди Рассел (01.06.2009). «Магнитосфера Меркурия» . Окна во Вселенную . Проверено 16 июля 2011 .
- ^ Кабин, К .; Heimpel, MH; Ранкин, Р .; Aurnou, JM; Gómez-Pérez, N .; Paral, J .; Гомбози, Т.И.; Zurbuchen, TH; Koehn, PL; DeZeeuw, DL (29 июня 2007 г.). «Глобальное МГД-моделирование магнитосферы Меркурия с приложениями к миссии MESSENGER и теории динамо» (PDF) . Икар . Калифорнийский университет в Беркли. 195 (1): 1–15. Bibcode : 2008Icar..195 .... 1K . DOI : 10.1016 / j.icarus.2007.11.028 . Архивировано из оригинального (PDF) 27 марта 2012 года . Проверено 16 июля 2011 .
- ^ Лидунка Вочадло; Ларс Стиксруд. «Меркурий: его состав, внутреннее строение и магнитное поле» (PDF) . UCL Earth Sciences . Архивировано из оригинального (PDF) 28 сентября 2011 года . Проверено 16 июля 2011 .
- ^ ДЖП Коннерни; Н. Ф. Несс (1988). «Магнитное поле и внутреннее пространство Меркурия» (PDF) . In Faith Vilas; Кларк Р. Чепмен; Милдред Шепли Мэтьюз (ред.). Меркурий . Издательство Университета Аризоны. С. 494–513. ISBN 978-0-8165-1085-6. Проверено 1 января 2012 .
- ^ Брайан Дж. Андерсон; Кэтрин Л. Джонсон; Хадже Корт; Майкл Э. Пурукер; Река М. Уинслоу; Джеймс А. Славин; Шон С. Соломон; Ральф Л. Макнатт-младший; Джим М. Рейнс; Томас Х. Зурбухен (сентябрь 2011 г.). «Глобальное магнитное поле Меркурия по орбитальным наблюдениям MESSENGER». Наука . Американская ассоциация развития науки. 333 (6051): 1859–1862. Bibcode : 2011Sci ... 333.1859A . DOI : 10.1126 / science.1211001 . PMID 21960627 . S2CID 26991651 .
- ^ Клара Московиц (30 января 2008 г.). «НАСА обнаруживает таинственного« паука »на Меркурии» . FoxNews . Проверено 20 июля 2011 года .
- ^ «Наука: магнетизм Меркурия» . Время . 1975-03-31 . Проверено 23 июля 2011 .
- ^ а б Штатные писатели (2011-05-20). «Измерение магнитного поля Меркурия» . SpaceDaily . Проверено 16 июля 2011 .
- ^ Кристенсен, Ульрих Р. (2006). «Глубокая динамо-машина, генерирующая магнитное поле Меркурия». Природа . Катленберг-Линдау: Институт Макса Планка Германии. 444 (7122): 1056–1058. Bibcode : 2006Natur.444.1056C . DOI : 10,1038 / природа05342 . PMID 17183319 . S2CID 4342216 .
- ^ К. Х. Глассмайер; HU Auster; У. Мочманн (2007). «Динамо-машина обратной связи, генерирующая магнитное поле Меркурия». Geophys. Res. Lett . 34 (22): L22201. Bibcode : 2007GeoRL..3422201G . DOI : 10.1029 / 2007GL031662 .
- ^ Д. Хейнер; J. Wicht; Н. Гомес-Перес; Д. Шмитт; HU Auster; KHGlassmeier (2011). "Данные численных экспериментов для динамо обратной связи, генерирующего магнитное поле {\ rsquo} ртути". Наука . 334 (6063): 1690–1693. Bibcode : 2011Sci ... 334.1690H . DOI : 10.1126 / science.1207290 . PMID 22194574 . S2CID 2350973 .
- ^ Рэнди Рассел (2009-05-29). «Поляки Меркурия» . Окна во Вселенную . Проверено 18 июля 2011 .
- ^ Линн Дженнер; Брайан Данбар (16.06.2011). «Силовые линии магнитного поля на северном и южном полюсах Меркурия различаются» . НАСА . Проверено 18 июля 2011 .
- ^ Джакомо Джампьери; Андре Балог (2001). «Моделирование измерений магнитного поля на Меркурии». Планета. Космические науки . Имперский колледж Лондон. 49 (14–15): 163–7. Bibcode : 2001P & SS ... 49.1637G . CiteSeerX 10.1.1.25.5685 . DOI : 10.1016 / S0032-0633 (01) 00101-5 .
- ^ «Железный снег» помогает поддерживать магнитное поле Меркурия, говорят ученые » . ScienceDaily . 2008-05-08 . Проверено 18 июля 2011 .
- ^ «Магнитное поле Меркурия, измеренное орбитальным аппаратом MESSENGER» . Phys.org . Проверено 22 августа 2019 .
- ^ Стейгервальд, Билл (2 июня 2009 г.). «Магнитные торнадо могут освободить разреженную атмосферу Меркурия» . НАСА / Центр космических полетов Годдарда . Проверено 18 июля 2009 .
- ^ НАСА / Центр космических полетов Годдарда (2009-06-02). «Магнитные торнадо могут освободить разреженную атмосферу Меркурия» . ScienceDaily . Проверено 25 июля 2011 .
- ^ Брайан Вентрудо (2009-06-03). «Как магнитные торнадо могут регенерировать атмосферу Меркурия» . Вселенная сегодня . Проверено 25 июля 2011 .
- ^ Керри Дональдсон Ханна. «Магнитное поле Меркурия» (PDF) . Университет Аризоны - Лунная и планетная лаборатория . Проверено 25 июля 2011 .
- ^ Дэвид Шига (2007-05-03). «Расплавленное ядро может объяснить магнитное поле Меркурия» . Новый ученый . Проверено 25 июля 2011 .
- ^ Амос, Джонатан (18 января 2008 г.). «Европейский зонд нацелился на Меркурий» . Европейское космическое агентство (Esa) подписало промышленный контракт на создание зонда для отправки на планету Меркурий . BBC News . Проверено 21 января 2008 .
- ^ "ESA Science & Technology: Fact Sheet" . esa.int . Проверено 5 апреля 2015 года .
- ^ Персонал (2008). «ММ - БепиКоломбо» . Японское агентство аэрокосмических исследований . Архивировано из оригинала на 2016-11-13 . Проверено 7 февраля 2014 .
- ^ К. Х. Глассмайер; и другие. (2010). "Феррозондовый магнитометр планетарного орбитального аппарата Меркурий BepiColombo". Планета. Космические науки . 58 (1–2): 287–299. Bibcode : 2010P & SS ... 58..287G . DOI : 10.1016 / j.pss.2008.06.018 .