水星是離太陽(yáng)最近的行星，水星也是太陽(yáng)系中兩顆具有全球磁場(chǎng)的巖態(tài)行星之一，可以屏蔽宇宙射線和太陽(yáng)風(fēng)?，F(xiàn)在，由普林斯頓大學(xué)太陽(yáng)物理中心的物理學(xué)家董傳飛（音譯）和美國(guó)能源部普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)物理學(xué)家董傳飛領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，

已經(jīng)開發(fā)出第一個(gè)詳細(xì)模型，描述了磁化風(fēng)和圍繞水星磁場(chǎng)或磁層之間的相互作用，這一發(fā)現(xiàn)可能有助于更好地理解火星周圍的更強(qiáng)磁場(chǎng)。

研究使用了一種名為“Gkeyll”的新三維模擬代碼，該代碼在復(fù)雜宏觀模型中結(jié)合了微觀尺度行為的物理學(xué)。模擬將為前往水星的雙衛(wèi)星比皮科倫坡任務(wù)提供一個(gè)基本工具，董傳飛也是航天器上一套由四臺(tái)儀器組成的聯(lián)合調(diào)查員。這項(xiàng)國(guó)際任務(wù)以帕多瓦大學(xué)已故數(shù)學(xué)家朱塞佩(Bepi)科倫坡的名字命名，由歐洲和日本航天局于2018年發(fā)射，計(jì)劃于2025年抵達(dá)水星并開始軌道運(yùn)行，其研究發(fā)表在《地球物理研究快報(bào)》期刊上。

研究將提供基于該模型的數(shù)字信息，這將有助于任務(wù)理解其發(fā)現(xiàn)。等離子體是由帶正電的原子核和帶負(fù)電電子組成的物質(zhì)狀態(tài)，占可見宇宙的99%。磁重聯(lián)，即等離子體中磁力線的合并和猛烈分離，調(diào)節(jié)著水星磁層，水星磁層比地球磁層小得多，但也更具動(dòng)態(tài)性。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)襲擊水星磁層時(shí)，重聯(lián)就會(huì)發(fā)生，導(dǎo)致它的磁場(chǎng)從磁層前部(或日側(cè))循環(huán)到磁層的后部(或夜側(cè))，在那里重聯(lián)發(fā)生，磁場(chǎng)循環(huán)回到日側(cè)。

研究小組用Gkeyll模擬了史無(wú)前例的10個(gè)截然不同的變量，從而捕捉到了這一過(guò)程的物理過(guò)程。該模型捕捉到了重聯(lián)點(diǎn)附近電子運(yùn)動(dòng)的重要方面，這是該過(guò)程中一個(gè)重要但鮮為人知的方面，與2011年至2015年圍繞水星運(yùn)行的美國(guó)宇航局水星表面、空間環(huán)境、地球化學(xué)和測(cè)距(Messenger)衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果非常吻合。雖然單衛(wèi)星信使號(hào)不能同時(shí)從水星的日側(cè)和夜側(cè)區(qū)域收集數(shù)據(jù)，但雙衛(wèi)星比佩科倫坡任務(wù)將探測(cè)磁層的兩側(cè)。

此外，由于“信使號(hào)”的遠(yuǎn)心點(diǎn)或最接近水星的路徑在北半球，南半球及其磁場(chǎng)還沒有得到充分的探測(cè)。比佩科倫坡任務(wù)將覆蓋兩個(gè)半球。水星的一個(gè)奇特之處在于，它在北半球的磁場(chǎng)比在南半球磁場(chǎng)強(qiáng)三倍左右，而地球磁場(chǎng)基本上是南半球的三倍。在這兩個(gè)行星上產(chǎn)生磁場(chǎng)的是導(dǎo)電熔融核心液態(tài)鐵。在水星中，異常大核心延伸了內(nèi)部半徑的80%以上，將磁場(chǎng)與創(chuàng)造它的核心緊密地耦合在一起。

新模型使研究團(tuán)隊(duì)能夠探索水星磁層的許多關(guān)鍵特征，例如太陽(yáng)風(fēng)和磁場(chǎng)之間的邊界重新連接，以及磁場(chǎng)的來(lái)回循環(huán)。該模型揭示了電子物理在重新連接過(guò)程中的重要作用，由于空間中廣泛分離的等離子體粒子不經(jīng)常發(fā)生碰撞，因此重新連接過(guò)程是“無(wú)碰撞的”。該模型進(jìn)一步揭示，磁層和大鐵核之間的緊密耦合有助于保護(hù)水星免受太陽(yáng)風(fēng)侵蝕。這些發(fā)現(xiàn)“代表了建立一種創(chuàng)新革命性方法的關(guān)鍵一步”！

而得以提高對(duì)太陽(yáng)風(fēng)與距離太陽(yáng)最近的水星不平衡磁層接觸背后物理原理的理解。普林斯頓太陽(yáng)物理中心主任、研究的合著者阿米塔瓦·巴塔查吉表示：該研究是驗(yàn)證我們?cè)谛行巧辖⒖臻g天氣模型努力的一個(gè)里程碑，并為預(yù)測(cè)地球上低強(qiáng)度和極端空間天氣事件奠定了基礎(chǔ)。

博科園｜研究/來(lái)自：普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室

參考期刊《地球物理研究快報(bào)》

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