北京大學研究團隊發現：水星存在磁暴與環電流

北京大學地球與空間科學學院宗秋剛教授研究團隊發現水星存在磁暴與環電流，破解了近半個世紀的謎題。相關研究成果于17日分別發表在國際學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）和《中國科學：技術科學》（Sci China Tech Sci）上。

磁暴是太陽風與磁層相互作用所引發的磁場擾動，是眾多空間天氣事件中最具危害性的一種。目前，土星、木星磁層中的數千到數十萬電子伏特的捕獲離子所組成的環電流的存在已在觀測中得到證實。因此，與之相關的磁暴現象能否發生在太陽系乃至整個宇宙中其他行星的磁層，成為目前極具研究價值的課題之一。

在太陽系中，水星是距離太陽最近也是最小的行星，擁有和地球類似的內稟磁場，可抵御太陽風沖擊并形成磁層。然而，由于水星的磁場強度不到地球磁場的百分之一，它所支撐的磁層在空間尺度上要比地球磁層小數十倍。此外，水星的大氣層近乎逃逸殆盡，無法提供顯著電離層。此前，學界普遍認為，水星磁層過小，無法容納被穩定捕獲的能量粒子，因此傾向于認為水星不存在環電流和磁暴。

宗秋剛團隊綜合分析了美國國家航空航天局信使號（MESSENGER）水星探測器為期5年的觀測數據。觀測顯示，水星的環電流在向陽面呈分叉狀，與地球的赤道環電流在形態上有很大差異，這一形態與試驗粒子模擬結果高度吻合。這主要是在強太陽風壓縮水星磁層的條件下，質子經歷Shabansky軌道導致的。這些觀測結果為水星磁層中存在環電流提供了確鑿證據。研究顯示，水星磁層中存在類似地球磁層中的環電流，并引發水星磁暴。研究結果對理解太陽系行星演化有重要啟示。