北大研究团队研究水星时有重大发现

北大研究团队研究水星时有重大发现

北大研究团队研究水星时有重大发现，北京大学地球与空间科学学院的宗秋刚教授团队关于水星存在磁暴与环电流的文章，日前正式发表。北大研究团队研究水星时有重大发现。

北京大学地球与空间科学学院宗秋刚教授研究团队发现水星存在磁暴与环电流，破解了近半个世纪的谜题。相关研究成果于17日分别发表在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）和《中国科学：技术科学》（Sci China Tech Sci）上。

磁暴是太阳风与磁层相互作用所引发的磁场扰动，是众多空间天气事件中最具危害性的一种。目前，土星、木星磁层中的数千到数十万电子伏特的捕获离子所组成的环电流的存在已在观测中得到证实。因此，与之相关的磁暴现象能否发生在太阳系乃至整个宇宙中其他行星的磁层，成为目前极具研究价值的课题之一。

在太阳系中，水星是距离太阳最近也是最小的行星，拥有和地球类似的内禀磁场，可抵御太阳风冲击并形成磁层。然而，由于水星的磁场强度不到地球磁场的百分之一，它所支撑的磁层在空间尺度上要比地球磁层小数十倍。此外，水星的大气层近乎逃逸殆尽，无法提供显著电离层。此前，学界普遍认为，水星磁层过小，无法容纳被稳定捕获的能量粒子，因此倾向于认为水星不存在环电流和磁暴。

宗秋刚团队综合分析了美国国家航空航天局信使号（MESSENGER）水星探测 ……此处隐藏1001个字……致的（如图1所示）。这些观测结果为水星磁层中环电流的存在提供了确凿证据，终结了持续半个多世纪的谜题。

目前观测到的水星环电流质子总能量的动态范围为焦耳到焦耳，巨大的变化幅度足以支持磁暴活动的发生。根据推算，环电流所导致的地磁场下降在0.2 nT 到 3.5 nT之间，同比例相当于地球上Dst(Disturbance storm time, Dst)为约30 nT 到500 nT的大磁暴。此外，信使号在临近任务结束、撞击水星之前，为水星磁暴的存在提供了关键性的磁场观测证据。这一阶段的卫星轨道距离水星表面足够近，为探测地球以外的磁暴现象提供了绝佳的机会。在一次日冕物质抛射事件经过水星期间，利用一套成熟的天基地磁扰动指数算法分析了水星磁场在此期间的演化过程。这一演化过程与地球上的磁暴高度相似，包含了磁场突然下降的主相以及磁场缓慢增长回归到正常水平的恢复相。主相期间的磁场下降峰值超过60 nT，接近水星内禀磁场的三分之一。这一观测说明，尽管水星磁层与地球磁层之间存在着极大的差异，与地球上相似、甚至更为剧烈的磁暴现象依然可以在水星上发生。

北京大学地球与空间科学学院空间物理与应用技术研究所博士生赵玖桐为文章Zhao et al. (2022)的第一作者，北京大学宗秋刚教授与乐超研究员为文章的共同通讯作者。北京大学宗秋刚教授与中国极地研究所刘建军研究员为文章Zong et al. (2022)的第一作者和通讯作者。北京大学傅绥燕教授与宗秋刚教授为上述文章写了论评。这项工作得到了国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项、民用航天技术预先研究项目、国家自然科学基金委的经费支持。