飞掠水星：BepiColombo如何破解磁场之谜？
BepiColombo的奇妙之旅：飞越水星，探索磁场的秘密花园
“能够看到星球表面与等离子体环境之间的关联真的令人非常兴奋”
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水星（离太阳最近的行星）周围的磁场图（图片来源：罗伯特·李（与卡瓦纳一起创建）/NASA）
贝皮科伦坡宇宙飞船可能只是快速地飞越水星，但它对于揭开离太阳最近的行星——水星周围的磁场之谜提供了大帮助。
2026年，欧洲航天局（以下简称ESA）/日本宇宙航空研究开发机构（以下简称JAXA）的联合任务（贝皮科伦坡宇宙飞船）将落入太阳系最小的行星水星的环绕轨道。然而，为了能实现这一任务，宇宙飞船必须先飞越好几次水星，金星以及地球。幸运的是，这些飞越过程对科学研究来说有不可估量的价值。
贝皮科伦坡宇宙飞船在2023年6月飞越水星期间已经遇见了水星磁场的好几个特征。水星磁场就像一个围绕着水星的磁场保护泡泡，保护水星免受太阳风带来的带电粒子的侵害，就像地球磁层保护地球一样，但科学家们很好奇为什么这颗微小的行星内部磁场比地球的弱得多。
这是因为水星比地球更靠近太阳，水星距离太阳的平均距离为3600万英里（5800万公里），而地球距离太阳的平均距离大约为9300万英里（1.5亿公里），它的磁场泡泡受到了来自太阳风更猛烈的攻击。
贝皮科伦坡宇宙飞船的主要任务之一就是要研究水星磁场的交互性以及特殊属性。宇宙飞船会通过两个分开的不同单元（ESA控制的水星行星轨道飞行器，JAXA主导的水星磁层轨道飞行器）来创建一个水星周围太空环境的二元动态图片。
宇宙飞船前期快速飞越水星有助于科学家们为贝皮科伦坡宇宙飞船建立最终的运行轨道，前期的飞越水星也为操作者提供了诱人的暗示，即任务真正到位后将发现什么样的科学。计划中的6次飞越也让科学家们撇见了从环绕轨道上不可能看到的水星的样子。
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来自巴黎天文台等离子体物理实验室的莉娜·哈迪德在一份声明中说，“这些飞越是非常迅速的；我们大约在30分钟内就穿过了水星磁层，在水星周围从黄昏移动到黎明，最接近时距水星表面仅146英里（235公里）。我们对粒子的类型，温度，移动方式进行了取样，使我们能够清楚地绘制出这段短暂飞越时期的磁层图。”
水星磁层泡泡的惊喜
哈迪德和同事在贝皮科伦坡的水星等离子体粒子实验（以下简称MPPE）仪器套件的帮助下进行了研究，该仪器在2023年6月的飞越（航天器与其目标行星之间的6次相遇中的第3次）期间处于活动状态。
她的团队组合了MPPE用电脑模型收集的数据，揭示了水星磁场泡泡的特征以及其交互粒子的起源。
哈迪德说：“我们观察到了预期的结构比如，自由吹动的太阳风和磁层之间的“冲击”边界，我们还穿过了等离子体区域两侧的'角'，这是一个更热、更密集的带电气体区域，它会像尾巴一样向远离太阳的方向流出。同时我们也有一些意料之外的观察。”
贝皮科伦坡观察到的水星磁场，并标记了不同特征。（图片来源：ESA/JAXA）
使用贝皮科伦坡上专为水星周围复杂的太空环境而设计的质谱分析仪，该团队观察到了太阳风与行星磁场相遇处的湍流边界。在水星上观察到的有史以来能量最高的湍流等离子体区域证实了这一结论。
哈迪德补充道，“我们还在赤道平面附近和低纬度地区观察到被困在磁层中的高能热离子，我们认为解释这一点的唯一方法是用环流，无论是部分还是完整的环，但这是一个很有争议的领域”
比如她描述的这个环形电流，就是在带电粒子被水星周围的磁泡捕获的时候产生的。地球的环形电流位于地球表面海拔数万英里的地方。据该研究团队观察，水星的磁层比地球的磁层对其表面的压缩更大，这就出现了一个谜题，那就是水星的磁泡是如何在距离其星球表面几百英里的地方捕获各种粒子的。
贝皮科伦坡宇宙飞船观察到的水星磁场的3D模型该飞行器的运行轨迹用一条橙色的线表示（图片来源：ESA/JAXA)
这个团队同样会研究太阳风里的带电粒子之间的直接相互反应以及，水星和贝皮科伦坡自身周围等离子体之间的直接相互反应。当宇宙飞船面对太阳时这一过程就会变得复杂，面对太阳时宇宙飞船会被加热和冷却，而且由于贝皮科伦坡变得带电并排斥更重的带电粒子，就无法检测到称为离子的较重带电粒子。
然而，当贝皮科伦坡滑入了水星的阴影面时，等离子海中的低温的离子就变得可检测到了。这就使得贝皮科伦坡能够观测到水星周围的氧气元素，钠离子以及钾离子。该团队认为这些粒子源于被陨石冲击或者太阳风轰击而从小行星表面被发射到太空中的粒子。
等离子体物理实验室的 MPPE 仪器负责人多米尼克·德尔科特在声明中说“这就像我们突然看到星球表面组成通过非常薄的大气层（称为外逸层）以 3D 形式'爆炸'，能够开始看到星球表面和等离子体环境之间的联系真的很令人兴奋。”
贝皮科伦坡宇宙飞船在飞往水星的漫长路途中会经过金星。
推进器问题使贝皮科伦坡探测器到达水星的时间延迟到了2026年11月。
以一个震撼的顺序观看水星转动（视频）
JAXA的贝皮科伦坡项目科学家苟穆拉卡米在声明中补充道“在这一珍贵的黄昏到黎明的贯穿水星磁层的大角度结构中，我们已经可预见未来的发现”
这些发现来自于2023年6月的飞越，这也意味着科学家们在上一个月的水星飞越中依然能收集到数据并分析。除此之外，贝皮科伦坡会在2025年的1月8日以及2025年11月1日完成它的最后两次水星飞越。
①贝皮科伦坡（BepiColombo: Mercury Planetary Orbiter(MPO) Mercury Magnetospheric Orbiter(MMO)，日语：ベピ・コロンボ）是由欧洲空间局（ESA）与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）所合作的水星探测计划，于2018年10月20日发射升空。
BY:Robert Lea
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