Les observations lors de deux survols de la sonde spatiale Mio dans le cadre du projet international d’exploration du mercure BepiColombo ont révélé que des ondes de chœur se produisent assez localement dans le secteur de l’aube de Mercure. Le champ magnétique de Mercure représente approximativement 1 % de celui de la Terre, et il n’était pas clair si des ondes de chœur seraient générées comme sur Terre. La présente étude révèle que les ondes chorales sont la resource motrice des aurores X de Mercure, dont le mécanisme n’a pas été compris.
Puisque Mercure est la planète la as well as proche du Soleil parmi les planètes du système solaire, elle est fortement influencée par le vent solaire, un flux de plasma à grande vitesse (plusieurs centaines de km/s) soufflant du Soleil. Les premières explorations de Mercure ont été réalisées par le vaisseau spatial Mariner 10 en 1974 et 1975, qui ont révélé que Mercure possède un champ magnétique, et donc une magnétosphère, similaire à celui de la Terre. Dans les années 2000, la sonde spatiale MESSENGER a fourni une impression détaillée du champ magnétique et de la magnétosphère de Mercure et a révélé que le centre du champ magnétique de Mercure est décalé vers le nord par rapport au centre de la planète d’environ, 2 RM (RM est le rayon de Mercure de 2 439,7 km). La troisième exploration de Mercure est actuellement réalisée par le BepiColombo Worldwide Mercury Exploration Task*1) grâce au vaisseau spatial Mio (Task Scientist, Dr Murakami) et au Mercury Planetary Orbiter (MPO). En particulier, contrairement à Mariner 10 et MESSENGER, le vaisseau spatial Mio est équipé d’une suite complète d’instruments à ondes plasma (PWI, chercheur principal, professeur Kasaba) conçus spécifiquement pour étudier pour la première fois l’environnement électromagnétique autour de Mercure. Les ondes électromagnétiques peuvent accélérer efficacement les particules de plasma (électrons, protons, ions additionally lourds) en tant que tels, ils jouent un rôle crucial dans la dynamique magnétosphérique de Mercure.
La présente étude a été réalisée par une équipe de recherche commune internationale composée de scientifiques de l’Université de Kanazawa, de l’Université du Tohoku, de l’Université de Kyoto, de MagneDesign Company, du Laboratoire de Physique des Plasmas, en France, avec le soutien du CNES (Agence spatiale française) et de l’Institut de l’espace et Astronautical Science, Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA).
Le vaisseau spatial Mio, lancé le 20 octobre 2018, est actuellement en route vers Mercure, avec une dernière insertion en orbite autour de la planète prévue pour décembre 2025. Bien que placer Mio sur l’orbite de Mercure soit techniquement extrêmement difficile en raison de la forte gravité du Soleil par rapport à celui de Mercure, il devrait entrer en orbite autour de Mercure en 2025 après plusieurs survols*2) de la Terre, de Vénus et de Mercure pour des manœuvres d’assistance gravitationnelle. Lors des survols de Mercure ayant eu lieu le 1er octobre 2021 et le 23 juin 2022, la sonde spatiale Mio s’était approchée de la planète à une altitude d’environ 200 km.
La configuration repliée du vaisseau spatial pendant le voyage vers Mercure n’est pas optimale pour mesurer les ondes électromagnétiques en raison du bruit d’interférence provenant du vaisseau spatial lui-même. Cependant, le vaisseau spatial Mio a été développé pour réduire autant que possible son niveau de bruit électromagnétique et a donc été certifié comme vaisseau spatial électromagnétiquement propre grâce à des tests CEM*3). Des capteurs de champ magnétique à courant alternatif capables de faire encounter à l’environnement brûlant de Mercure ont été développés conjointement par le Japon et la France et ont permis les premières observations d’ondes électromagnétiques autour de Mercure sans être contaminés par le bruit du vaisseau spatial lui-même. Cela a révélé la génération locale d’ondes chorales, telles que celles fréquemment détectées dans la magnétosphère terrestre. L’existence d’ondes de chœur dans la magnétosphère de Mercure, aujourd’hui confirmée, était prédite (gamme de fréquence, intensité.) depuis les années 2000 lors de la conception de l’instrument à ondes plasma (PWI) de la sonde spatiale Mio.
Ce qui a le additionally surpris l’équipe de recherche commune internationale, dont fait partie le Dr Ozaki de l’Université de Kanazawa, a été la « localité spatiale » des ondes chorales, qui n’ont été détectées que dans une région extrêmement limitée du secteur de l’aube de la magnétosphère de Mercure au cours des deux survols. Cela signifie qu’il existe un mécanisme physique qui tend à générer des ondes de chœur uniquement dans le secteur de l’aube de la magnétosphère de Mercure. Afin d’étudier la bring about de la génération d’ondes chorales dans le secteur de l’aube, l’équipe de recherche commune internationale a utilisé la théorie de croissance non linéaire des ondes chorales établie par le professeur Omura, de l’Université de Kyoto, pour évaluer l’effet de la courbure du champ magnétique de Mercure, fortement déformée par le vent solaire. Les lignes de champ magnétique dans le secteur nocturne sont étirées par la pression du vent solaire, tandis que les lignes de champ magnétique dans le secteur de l’aube sont moins affectées, ce qui entraîne une courbure moreover petite. Sur la foundation des caractéristiques des lignes de champ magnétique et de la théorie de la croissance non linéaire, il est révélé que dans le secteur de l’aube, l’énergie est efficacement transférée des électrons aux ondes électromagnétiques le long des lignes de champ magnétique, créant ainsi des conditions favorisant la génération d’ondes de chœur. L’effet est également confirmé par une simulation numérique de l’environnement de Mercure à l’aide d’un ordinateur haute effectiveness. Dans cette étude, l’équipe a révélé l’importance des lignes de champ magnétique planétaire, fortement affectées par le vent solaire, sur la localité de génération des ondes chorales grâce à une forte synergie entre « l’observation des engins spatiaux », la « théorie » et la « simulation ». « .
Perspectives d’avenir
Lors des observations du survol de Mercure, l’équipe s’est préparée à une étude complète de l’environnement électromagnétique à l’aide de la sonde prévue du vaisseau spatial Mio en orbite autour de Mercure. Les ondes de chœur, qui devaient être détectées au instant de la planification, sont observées de manière assez locale, c’est-à-dire dans le secteur de l’aube de Mercure, ce qui n’était pas prévu, et les résultats montrent diverses fluctuations dans la magnétosphère de Mercure. Les données démontrent l’existence d’électrons énergétiques sur Mercure qui peuvent générer des ondes chorales, la possibilité de générer des électrons actifs efficacement accélérés par des ondes chorales et la génération d’aurores à rayons X par des électrons se précipitant de drive de la magnétosphère de Mercure à la floor de Mercure entraînés par vagues de chœur. Ces observations auront un affect considérable sur la compréhension scientifique de l’environnement de Mercure. Le vaisseau spatial Mio est en route pour mener une exploration complète de Mercure. Sur la foundation d’observations de survol, nous avons découvert que la distorsion du champ magnétique est responsable de la génération locale (c’est-à-dire du secteur de l’aube) des ondes de refrain. L’exploration complète de l’environnement électromagnétique par la sonde spatiale Mio sur l’orbite de Mercure contribuera non seulement à la compréhension de l’environnement plasmatique de l’ensemble de la magnétosphère de Mercure, mais également à une compréhension approfondie de la dynamique magnétosphérique en général. La magnétosphère agit comme une barrière empêchant les radiations cosmiques potentiellement mortelles sur les planètes du système solaire. La comparaison des données de Mercure et de la Terre renforcera notre compréhension de cet crucial bouclier naturel de notre planète natale.
Glossaire
*1) Projet intercontinental d’exploration du mercure BepiColombo
Projet d’exploration complet de Mercure à l’aide de deux sondes spatiales (Mio et MPO) par la coopération Japon-Europe. Le Japon est notamment en cost de la sonde magnétosphère Mercure Mio, équipée d’instruments d’observation des ondes électromagnétiques, etcetera.
*2) Survol
Avec une sonde de vaisseau spatial passant à proximité d’une planète. L’orbite de la sonde du vaisseau spatial doit être modifiée de la manière souhaitée en utilisant la gravité de la planète.
*3) Check CEM (compatibilité électromagnétique)
Test d’évaluation pour vérifier si un bruit électromagnétique inutile est émis et si l’équipement est conçu et fabriqué de telle manière qu’il ne fonctionnera pas mal même s’il reçoit un bruit électromagnétique indésirable.
Référence
Bailleurs de fonds
Ce travail a été soutenu par JSPS KAKENHI (n° JP20H02162), la Fondation Mitani pour la recherche et le développement.
