Магнитное поле Меркурия - Mercurys magnetic field

Магнитосфера Меркурия
Магнитное поле Меркурия NASA.jpg
График, показывающий относительную силу магнитного поля Меркурия.
Открытие[1]
ОбнаружилМаринер 10
Дата открытияАпрель 1974 г.
Внутреннее поле[2][3]
Радиус Меркурия2439,7 ± 1,0 км
Магнитный моментОт 2 до 6 × 1012 Т •м3
Экваториальный напряженность поля300 нТл
Диполь наклон0.0°[4]
Солнечный ветер параметры[5]
Скорость400 км / с
Параметры магнитосферы[6][7]
ТипВнутренний
Магнитопауза расстояние1.4 рM
Магнитохвост длина10–100 рM
Главный ионыNa+, O+, К+, Mg+, Ca+, S+, H2S+
Источники плазмыСолнечный ветер
Максимальная энергия частицыдо 50 кэВ
Аврора

Магнитное поле Меркурия приблизительно магнитный диполь (имеется в виду, что поле имеет только два магнитных полюса)[8] очевидно глобальный,[9] на планета Меркурий.[10] Данные из Маринер 10 привело к его открытию в 1974 г .; космический аппарат измерил напряженность поля как 1,1% от напряженности поля. Магнитное поле Земли.[11] Происхождение магнитного поля можно объяснить тем, что теория динамо.[12] Магнитное поле достаточно сильное вблизи ударная волна замедлить Солнечный ветер, что индуцирует магнитосфера.[13]

Сила

Смотрите также: Напряженность магнитного поля

Магнитное поле примерно на 1,1% сильнее, чем Земли.[11] На германском экваторе относительная сила магнитного поля составляет около 300 нТл, что слабее, чем у Юпитер луна Ганимед.[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, вызывая магнитосфера. Поскольку магнитное поле Меркурия слабое, а межпланетное магнитное поле он взаимодействует с на своей орбите относительно сильно, динамическое давление солнечного ветра на орбите Меркурия также в три раза больше, чем на Земле.

Изменилось ли магнитное поле в значительной степени между Маринер 10 миссия и МЕССЕНДЖЕР миссия остается под вопросом. 1988 J.E.P. Коннерни и Н.Ф. Обзор магнитных данных Mariner Ness отметил восемь различных статей, в которых было предложено не менее пятнадцати различных математических моделей магнитного поля, полученных на основе анализа сферических гармоник двух близких Маринер 10 облет с сообщением по центру магнитные дипольные моменты от 136 до 350 нТл-РM3 (РM радиус Меркурия 2436 км). Вдобавок они указали, что «оценки диполя, полученные по положениям головной ударной волны и / или магнитопаузы (только), находятся в диапазоне примерно от 200 нТл-RM3 (Рассел 1977) примерно до 400 нТл-РM3 (Славин и Хольцер, 1979b.) «Они пришли к выводу, что« несогласованность моделей обусловлена ​​фундаментальными ограничениями, налагаемыми пространственным распределением имеющихся наблюдений ». [16] Андерсон и другие. 2011, используя качественные МЕССЕНДЖЕР данные со многих орбит вокруг Меркурия - в отличие от нескольких высокоскоростных пролетов - показали, что дипольный момент составляет 195 ± 10 нТл-RM3.[17]

Открытие

Данные из Маринер 10 привело к открытию магнитного поля Меркурия.

До 1974 года считалось, что Меркурий не может генерировать магнитное поле из-за своего относительно небольшого диаметра и отсутствия магнитного поля. атмосфера. Однако когда Маринер 10 пролетел мимо Меркурия (где-то в апреле 1974 г.), он обнаружил магнитное поле, которое составляло примерно 1/100 от общей величины Магнитное поле 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 большое внимание.[18] в первую очередь из-за небольшого размера Меркурия и медленного 59-дневного вращения.

Считается, что само магнитное поле происходит от динамо-механизм,[12][19] хотя это пока неясно.

Происхождение

Смотрите также: Теория динамо

Происхождение магнитного поля можно объяснить теория динамо;[12] то есть за счет конвекции электропроводящего расплавленного железа во внешнем основной.[20] Динамо создается большим железным ядром, которое упало на планету. центр массы, не охлаждается годами, внешнее ядро, которое еще не полностью затвердело, циркулирует внутри. До открытия его магнитного поля в 1974 году считалось, что из-за небольших размеров Меркурия его ядро ​​с годами охладилось. С этой теорией динамо все еще существуют трудности, в том числе тот факт, что Меркурий имеет медленное, 59-дневное вращение, которое не могло бы сделать возможным создание магнитное поле.

Это динамо, вероятно, слабее, чем земное, 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

Магнитное поле Меркурия обычно сильнее на экваторе, чем в других областях Меркурия.

Как и у Земли, магнитное поле Меркурия наклонено,[10][24] Это 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 отличается в северных и южных полярных регионах Меркурия.[25] В частности, магнитная «полярная шапка», где силовые линии открыты для межпланетной среды, намного больше вблизи южного полюса. Эта геометрия подразумевает, что южный полярный регион гораздо больше подвержен, чем северный, заряженным частицам, нагретым и ускоренным взаимодействиями солнечного ветра и магнитосферы. Сила квадрупольный момент и наклон дипольного момента полностью неограничен.[3]

Магнитное поле Меркурия измеряли различными способами. В целом предполагаемое эквивалентное поле внутреннего диполя меньше, если оценивать его на основе размера и формы магнитосферы (~ 150–200 нТл р3).[26] Недавние радиолокационные измерения вращения Меркурия с Земли выявили легкое покачивание, объясняющее, что ядро ​​Меркурия, по крайней мере, частично расплавлено, а это означает, что железный «снег» помогает поддерживать магнитное поле.[27] В МЕССЕНДЖЕР ожидалось, что космический аппарат сделает более 500 миллионов измерений магнитного поля Меркурия, используя свой чувствительный магнитометр.[20] В течение первых 88 дней на орбите вокруг Меркурия МЕССЕНДЖЕР сделал шесть различных наборов измерений магнитного поля, когда оно проходило через магнитопаузу Меркурия.[28]

Характеристики поля

В МЕССЕНДЖЕР Spacraft отметил, что магнитное поле Меркурия является причиной нескольких магнитных «торнадо» - скрученных пучков магнитных полей, соединяющих планетное поле с межпланетное пространство - это около 800 км в ширину или треть общего радиуса планеты.

Ученые отметили, что магнитное поле Меркурия может быть чрезвычайно "проницаемым".[29][30][31] потому что МЕССЕНДЖЕР столкнулись с магнитными «торнадо» во время своего второго пролета 6 октября 2008 г., которые, возможно, могут пополнить атмосфера (или «экзосфера», как называют астрономы). Когда Маринер 10 совершил пролет Меркурия еще в 1974 году, его сигналы измеряли головную ударную волну, вход и выход из магнитопаузы, и что полость магнитосферы в ~ 20 раз меньше, чем у Земли, и все они предположительно распались во время МЕССЕНДЖЕР облет.[32] Несмотря на то, что поле чуть более чем на 1% сильнее земного, его обнаружение Маринер 10 был воспринят некоторыми учеными как указание на то, что внешнее ядро ​​Меркурия все еще жидкость, или, по крайней мере, частично жидкость с утюг и, возможно, другие металлы.[33]

BepiColombo миссия

BepiColombo это совместная миссия Европейское космическое агентство (ЕКА) и Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) на Меркурий.[34] Он запущен в октябре 2018 года.[35]Частью целей его миссии будет выяснение магнитного поля Меркурия.[36][37]

Рекомендации

  1. ^ «Данные MESSENGER с орбиты Меркурия подтверждают теории и преподносят сюрпризы». Сторожевые Башни. 2011-06-06. Архивировано из оригинал на 2013-02-04. Получено 2011-07-26.
  2. ^ Рассел, К. Т. (1992-12-03). «Магнитные поля планет земной группы» (PDF). UCLA - IGPP. Получено 2011-07-26.
  3. ^ а б c К. Т. Рассел; J. G. Luhmann. «Меркурий: магнитное поле и магнитосфера». Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе. Получено 2011-07-18.
  4. ^ Уильямс, Дэвид, Р. "Доктор". Планетарные информационные бюллетени. Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. Архивировано из оригинал 28 марта 2014 г.. Получено 6 сентября 2016.
  5. ^ 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; Haje Korth; 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. Получено 2011-07-27.
  6. ^ Reka Moldovan; Брайан Дж. Андерсон; Кэтрин Л. Джонсон; Джеймс А. Славин; Haje Korth; Майкл Э. Пурукер; Шон С. Соломон (2011). «Магнитопауза Меркурия и ударная волна по данным наблюдений MESSENGER» (PDF). EPSC - DPS. Получено 2011-07-26.
  7. ^ А. В. Лукьянов; С. Барабаш; Р. Лундин; П. К. 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. Дои:10.1016 / S0032-0633 (01) 00106-4.
  8. ^ Тони Филлипс (2008-07-03). «Новые открытия на Меркурии». Наука @ НАСА. Получено 2011-07-16.
  9. ^ Уильямс, Дэвид Р. "Планетарный информационный бюллетень". НАСА Центр космических полетов Годдарда. Получено 2011-07-25.
  10. ^ а б Рэнди Рассел (2009-05-29). «Магнитные полюса Меркурия». Окна во Вселенную. Получено 2011-07-16.
  11. ^ а б Джерри Коффи (24.07.2009). «Магнитное поле Меркурия». Вселенная сегодня. Получено 2011-07-16.
  12. ^ а б c Джон Картрайт (2007-05-04). «Расплавленное ядро ​​раскрывает тайну магнитного поля Меркурия». Мир физики. Получено 2011-07-16.
  13. ^ Рэнди Рассел (01.06.2009). «Магнитосфера Меркурия». Окна во Вселенную. Получено 2011-07-16.
  14. ^ Кабин, К .; Heimpel, M. H .; Ранкин, Р .; Aurnou, J.M .; Gómez-Pérez, N .; Paral, J .; Gombosi, T. I .; Zurbuchen, T. H .; Koehn, P.L .; Дезиу, Д. Л. (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. Дои:10.1016 / j.icarus.2007.11.028. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-03-27. Получено 2011-07-16.
  15. ^ Лидунка Вочадло; Ларс Стиксруд. «Меркурий: состав, внутреннее строение и магнитное поле» (PDF). UCL Earth Sciences. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-09-28. Получено 2011-07-16.
  16. ^ J.E.P. Коннерни; Н.Ф. Несс (1988). «Магнитное поле и внутренность 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. Получено 2012-01-01.
  17. ^ Брайан Дж. Андерсон; Кэтрин Л. Джонсон; Haje Korth; 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:2011Научный ... 333.1859А. Дои:10.1126 / science.1211001. PMID  21960627.
  18. ^ Клара Московиц (30 января 2008 г.). «НАСА обнаружило таинственного паука на Меркурии». FoxNews. Получено 20 июля, 2011.
  19. ^ «Наука: магнетизм Меркурия». Время. 1975-03-31. Получено 2011-07-23.
  20. ^ а б Штатные писатели (2011-05-20). «Измерение магнитного поля Меркурия». SpaceDaily. Получено 2011-07-16.
  21. ^ Кристенсен, Ульрих Р. (2006). «Глубокая динамо-машина, генерирующая магнитное поле Меркурия». Природа. Катленберг-Линдау: Институт Макса Планка Германии. 444 (7122): 1056–1058. Bibcode:2006 Натур.444.1056C. Дои:10.1038 / природа05342. PMID  17183319.
  22. ^ К. Х. Глассмайер; Х. У. Остер; У. Мочманн (2007). «Динамо-машина обратной связи, генерирующая магнитное поле Меркурия». Geophys. Res. Латыш. 34 (22): L22201. Bibcode:2007GeoRL..3422201G. Дои:10.1029 / 2007GL031662.
  23. ^ Д. Хейнер; J. Wicht; Н. Гомес-Перес; Д. Шмитт; Х. У. Остер; К. Х. Глассмайер (2011). "Данные численных экспериментов для динамо обратной связи, генерирующего магнитное поле { rsquo} ртути". Наука. 334 (6063): 1690–1693. Bibcode:2011Научный ... 334.1690H. Дои:10.1126 / science.1207290.
  24. ^ Рэнди Рассел (2009-05-29). "Полюсы Меркурия". Окна во Вселенную. Получено 2011-07-18.
  25. ^ Линн Дженнер; Брайан Данбар (16.06.2011). «Силовые линии магнитного поля на северном и южном полюсах Меркурия различаются». НАСА. Получено 2011-07-18.
  26. ^ 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. Дои:10.1016 / S0032-0633 (01) 00101-5.
  27. ^ «Железный снег» помогает поддерживать магнитное поле Меркурия, говорят ученые ». ScienceDaily. 2008-05-08. Получено 2011-07-18.
  28. ^ «Магнитное поле Меркурия, измеренное орбитальным аппаратом MESSENGER». Phys.org. Получено 2019-08-22.
  29. ^ Стейгервальд, Билл (2009-06-02). «Магнитные торнадо могут освободить разреженную атмосферу Меркурия». НАСА / Центр космических полетов Годдарда. Получено 2009-07-18.
  30. ^ НАСА / Центр космических полетов Годдарда (2009-06-02). «Магнитные торнадо могут освободить разреженную атмосферу Меркурия». ScienceDaily. Получено 2011-07-25.
  31. ^ Брайан Вентрудо (2009-06-03). "Как магнитные торнадо могут регенерировать атмосферу Меркурия". Вселенная сегодня. Получено 2011-07-25.
  32. ^ Керри Дональдсон Ханна. «Магнитное поле Меркурия» (PDF). Университет Аризоны – Лунно-планетная лаборатория. Получено 2011-07-25.
  33. ^ Дэвид Шига (2007-05-03). «Расплавленное ядро ​​может объяснить магнитное поле Меркурия». Новый ученый. Получено 2011-07-25.
  34. ^ 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.. Новости BBC. Получено 2008-01-21.
  35. ^ "ESA Science & Technology: Fact Sheet". esa.int. Получено 5 апреля, 2015.
  36. ^ Персонал (2008). «ММ - БепиКоломбо». Японское агентство аэрокосмических исследований. Архивировано из оригинал на 2016-11-13. Получено 2014-02-07.
  37. ^ 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. Дои:10.1016 / j.pss.2008.06.018.