Paisagem magnética de Mercúrio mapeada em 30 minutos
Conforme BepiColombo passou por Mercúrio durante seu sobrevoo em junho de 2023, ela encontrou uma variedade de características no campo magnético do pequeno planeta. Essas medições fornecem um gostinho tentador dos mistérios que a missão está definida para investigar quando chegar à órbita ao redor do planeta mais interno do Sistema Solar.
Assim como a Terra, Mercúrio tem um campo magnético, embora cem vezes mais fraco na superfície do planeta. No entanto, esse campo magnético esculpe uma bolha no espaço, chamada magnetosfera, que atua como um amortecedor para o fluxo contínuo de partículas expelidas pelo Sol como o vento solar. Como Mercúrio orbita tão perto do Sol, a interação do vento solar com a magnetosfera e até mesmo a superfície do planeta é muito mais intensa do que na Terra. Explorar a dinâmica dessa bolha e as propriedades das partículas contidas nela é um dos principais objetivos da missão da BepiColombo .
BepiColombo está programado para chegar a Mercúrio em 2026 usando sobrevoos da Terra, Vênus e do próprio Mercúrio para ajustar sua velocidade e trajetória para permitir que seja capturado em órbita ao redor do planeta. A espaçonave atualmente 'empilhada' irá separar e implantar dois orbitadores científicos - o Mercury Planetary Orbiter (MPO) liderado pela ESA e o Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO, ou Mio) liderado pela JAXA - em órbitas complementares para permitir as medições essenciais de espaçonave dupla necessárias para pintar um quadro completo do ambiente dinâmico de Mercúrio.
À medida que a espaçonave passa por Mercúrio durante os sobrevoos, muitos de seus instrumentos científicos conseguem dar uma espiadinha na prévia da ciência emocionante que está por vir. Além disso, os sobrevoos fornecem insights únicos de regiões ao redor do planeta que não serão diretamente acessíveis da órbita.
Lina Hadid, ex- pesquisadora da ESA , agora no Laboratoire de Physique des Plasmas do Observatório de Paris, usou o conjunto de instrumentos do Experimento de Partículas de Plasma de Mercúrio ( MPPE ), ativo em Mio durante o sobrevoo de 19 de junho de 2023, o terceiro dos seis auxílios gravitacionais de Mercúrio da BepiColombo , para construir uma imagem impressionante da paisagem magnética do planeta em um período muito curto de tempo.
“Esses sobrevoos são rápidos; cruzamos a magnetosfera de Mercúrio em cerca de 30 minutos, indo do crepúsculo ao amanhecer e em uma aproximação máxima de apenas 235 km acima da superfície do planeta”, ela descreve. “Amostramos o tipo de partículas, quão quentes elas são e como elas se movem, permitindo-nos traçar claramente a paisagem magnética durante esse breve período.”
A combinação das medições da BepiColombo com modelagem computacional para determinar a origem das partículas detectadas com base em seu movimento permitiu que Lina e seus colegas esboçassem as várias características encontradas na magnetosfera.
“Vimos estruturas esperadas como o limite de 'choque' entre o vento solar de fluxo livre e a magnetosfera, e também passamos pelos 'chifres' que flanqueiam a camada de plasma, uma região de gás eletricamente carregado mais quente e denso que flui para fora como uma cauda na direção oposta ao Sol. Mas também tivemos algumas surpresas."
Lina é a principal co-investigadora do MPPE e líder de um de seus instrumentos, o Mass Spectrum Analyser. Ela trabalhou no artigo apresentando os resultados com o antigo líder do instrumento Dominique Delcourt.
“Detectamos uma chamada camada limite de baixa latitude definida por uma região de plasma turbulento na borda da magnetosfera, e aqui observamos partículas com uma faixa de energias muito mais ampla do que já vimos antes em Mercúrio, em grande parte graças à sensibilidade do Mass Spectrum Analyser projetado especialmente para o ambiente complexo de Mercúrio”, ele diz. “BepiColombo será capaz de determinar a composição iônica da magnetosfera de Mercúrio com mais detalhes do que nunca.”
“Também observamos íons quentes energéticos perto do plano equatorial e em baixa latitude presos na magnetosfera, e achamos que a única maneira de explicar isso é por uma corrente de anel, seja um anel parcial ou completo, mas esta é uma área muito debatida”, acrescenta Lina.
Uma corrente de anel é uma corrente elétrica transportada por partículas carregadas presas na magnetosfera. A Terra tem uma corrente de anel bem compreendida localizada a dezenas de milhares de quilômetros de sua superfície. Em Mercúrio, é menos claro como as partículas podem ficar presas a algumas centenas de quilômetros do planeta, especialmente porque a magnetosfera é esmagada contra a superfície do planeta. Esse debate provavelmente será resolvido quando a MPO e a Mio estiverem coletando dados em tempo integral.
Lina e seus colegas também observaram a interação direta da espaçonave com o plasma espacial ao redor. Quando a espaçonave é aquecida pelo Sol, ela não consegue detectar os íons mais frios e pesados porque a própria espaçonave fica eletricamente carregada e os repele. Mas conforme a espaçonave se move pela sombra noturna do planeta, a carga é diferente, e de repente um mar de íons de plasma frio se torna visível. Por exemplo, ela detectou íons de oxigênio, sódio e potássio, que provavelmente foram enviados voando da superfície do planeta por micro-impactos de meteoritos ou por interações com o vento solar.
“É como se estivéssemos de repente vendo a composição da superfície 'explodir' em 3D através da atmosfera muito fina do planeta, conhecida como sua exosfera”, observa Dominique. “É realmente emocionante começar a ver a ligação entre a superfície do planeta e o ambiente de plasma.”
“Nesta rara varredura do anoitecer ao amanhecer pela estrutura em larga escala da magnetosfera de Mercúrio, experimentamos a promessa de descobertas futuras”, diz Go Murakami, cientista do projeto BepiColombo da JAXA.
“As observações enfatizam a necessidade de os dois orbitadores e seus instrumentos complementares nos contarem a história completa e construírem uma imagem completa de como o ambiente magnético e de plasma muda ao longo do tempo e no espaço”, acrescenta Geraint Jones, cientista do projeto BepiColombo da ESA.
“Mal podemos esperar para ver como BepiColombo impactará nossa compreensão mais ampla das magnetosferas planetárias.”
Enquanto isso, os cientistas já estão analisando os dados coletados durante o quarto sobrevoo de Mercúrio no mês passado , enquanto os controladores de voo estão se preparando para os dois últimos sobrevoos consecutivos, programados para 1º de dezembro de 2024 e 8 de janeiro de 2025, respectivamente.
Notas para editores
' Ambiente de plasma de Mercúrio após o terceiro sobrevoo da BepiColombo ' por Lina Z. Hadid et al foi publicado hoje na Nature Communications Physics.
Os resultados são baseados em medições feitas pelo Analisador de Espectro de Massa (MSA), Analisador de Íons de Mercúrio (MIA) e Analisador de Elétrons de Mercúrio (MEA), parte do conjunto de instrumentos do Experimento de Partículas de Plasma de Mercúrio a bordo do Orbitador Magnetosférico de Mercúrio liderado pela JAXA.
BepiColombo é um esforço conjunto entre a ESA e a Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA).
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