El reciente sobrevuelo de Mercurio de BepiColombo capturó datos valiosos sobre su campo magnético y el plasma espacial circundante, insinuando características magnetosféricas complejas e interacciones entre la superficie del planeta y su delgada atmósfera. Estos hallazgos preliminares sientan las bases para estudios más completos después de que la nave espacial entre en la órbita de Mercurio en 2026.
Al igual que la Tierra, Mercurio tiene un campo magnético, pero su campo magnético es cien veces más débil en la superficie del planeta. Aunque el campo magnético es débil, crea una burbuja protectora en el espacio, llamada magnetosfera, que protege a Mercurio de las implacables partículas emitidas por el Sol, conocidas como viento solar. La proximidad de Mercurio al Sol intensifica estas interacciones, afectando la magnetosfera y la superficie planetaria en mayor medida que la de la Tierra. Comprender la dinámica de esta burbuja magnética y las propiedades de las partículas que contiene es el objetivo principal de la misión BepiColombo.
Cuando BepiColombo llegue a Mercurio en 2026, pasará por la Tierra, Venus y Mercurio para ajustar su velocidad y órbita para poder entrar en una órbita alrededor de Mercurio. La nave espacial "apilable" actual separará y desplegará dos orbitadores científicos, el Mercury Planetary Orbiter (MPO) liderado por la ESA y el Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO, o Mio), liderado por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, en órbitas complementarias para realizar las mediciones necesarias con dos naves espaciales para caracterizar completamente el entorno dinámico de Mercurio.
Durante el sobrevuelo, mientras la nave espacial pasa velozmente por Mercurio, sus numerosos instrumentos científicos proporcionan un adelanto de la apasionante investigación científica que se avecina. Además, los sobrevuelos proporcionarán información única sobre regiones alrededor de Mercurio a las que no se puede acceder directamente desde la órbita.
La nave espacial sólo permaneció en la magnetosfera durante unos 30 minutos, pero en ese corto tiempo recopiló una gran cantidad de información sobre el campo magnético, las partículas y el entorno del plasma.
Lina Hadid, ex investigadora de la ESA que ahora trabaja en el Laboratorio de Física del Plasma del Observatorio de París, utilizó el conjunto de instrumentos del Experimento de Partículas de Plasma de Mercurio (MPPE) utilizado en Mercurio durante su sobrevuelo el 19 de junio de 2023, para construir una imagen impresionante del campo magnético de Mercurio en muy poco tiempo.
"El sobrevuelo fue rápido; cruzamos la magnetosfera de Mercurio en unos 30 minutos, moviéndonos desde el anochecer hasta el amanecer, a tan solo 235 kilómetros de la superficie del planeta", dijo. "Tomamos muestras de los tipos de partículas, qué tan calientes estaban y cómo se movían, lo que nos permitió crear una imagen clara del paisaje del campo magnético durante este breve período".
Lina y sus colegas combinaron las mediciones de BepiColombo con modelos informáticos para mapear las diversas características encontradas en la magnetosfera determinando el origen de las partículas detectadas en función de su movimiento.
"Vimos estructuras esperadas, como el límite de 'choque' entre el viento solar que fluye libremente y la magnetosfera, y también cruzamos la 'esquina' a ambos lados de la lámina de plasma, que es una región más caliente y densa de gas cargado que fluye como una cola alejándose del sol. Pero también tuvimos algunas sorpresas".
Lina es la co-investigadora principal del MPPE y directora de uno de los instrumentos, el espectrómetro de masas. Es coautora del artículo "Física de las Comunicaciones" con el ex líder de instrumentos Dominique Delcourt, presentando resultados relevantes.
Dijo: "Detectamos la llamada capa límite de baja latitud, que está definida por una región de plasma turbulento en el borde de la magnetosfera, donde observamos un rango mucho más amplio de energías de partículas que el que hemos visto anteriormente en Mercurio, gracias en gran parte a la sensibilidad de un espectrómetro de masas diseñado específicamente para el complejo entorno de Mercurio. BepiColombo podrá determinar la composición iónica de la magnetosfera de Mercurio con más detalle que nunca".
Lina añadió: "También hemos observado iones calientes de alta energía atrapados en la magnetosfera cerca del plano ecuatorial y en latitudes bajas, y creemos que la única manera de explicar esto es con la circulación, ya sea parcial o completa, pero ésta es un área muy controvertida".
Las corrientes de circulación son corrientes transportadas por partículas cargadas atrapadas en la magnetosfera. Hay un giro muy conocido en la Tierra que se encuentra a decenas de miles de kilómetros sobre la superficie terrestre. En Mercurio, no está tan claro cómo las partículas quedan atrapadas a unos pocos cientos de kilómetros del planeta, especialmente cuando la magnetosfera se aprieta contra la superficie del planeta. Este debate podría resolverse una vez que MPO y Mio comiencen a recopilar datos a tiempo completo.
Mercurio tiene un campo magnético que interactúa con las partículas del Sol (el "viento solar"). Esto forma la magnetosfera de Mercurio, una burbuja espacial en forma de vela que se extiende desde el sol. El resultado de esta simulación muestra lo que se esperaría del entorno magnético de Mercurio en condiciones típicas del viento solar. La imagen de la izquierda muestra una "vista lateral", con el Sol fuera del cuadro de la izquierda; La imagen de la derecha muestra una "vista frontal", como veríamos a Mercurio desde la dirección del Sol. Los colores representan la densidad de partículas cargadas alrededor de Mercurio, siendo las densidades más altas el amarillo y las densidades más bajas el violeta/negro. Las líneas blancas son líneas de campo magnético. (El viento solar no perturbado aparece de color naranja oscuro. Cuando el viento solar encuentra el campo magnético de Mercurio, se calienta y se desvía, creando una región densa de partículas de viento solar (que se muestra en amarillo).
Lina y sus colegas también observaron interacciones directas entre la nave espacial y el plasma espacial circundante. Cuando una nave espacial es calentada por el sol, no puede detectar iones pesados más fríos porque la propia nave espacial se carga y los repele. Pero cuando la nave espacial atravesó la sombra nocturna del planeta, la situación de carga fue diferente y, de repente, un mar de iones de plasma fríos se hizo visible. Por ejemplo, detectó iones de oxígeno, sodio y potasio, que probablemente fueron expulsados de la superficie del planeta por impactos de micrometeoritos o interacciones con el viento solar.
"Es como si de repente estuviéramos viendo una 'explosión' tridimensional de componentes de la superficie a través de la muy delgada atmósfera del planeta, conocida como exosfera", dijo Dominique. "Es realmente emocionante empezar a ver conexiones entre la superficie del planeta y su entorno de plasma".
"En este raro escaneo desde el atardecer hasta el amanecer de la estructura a gran escala de la magnetosfera de Mercurio, podemos vislumbrar la promesa de futuros descubrimientos", dijo el científico del proyecto BepiColombo de GoMurakamiJAXA.
Geraint Jones, científico del proyecto BepiColombo de la ESA, añadió: "Estas observaciones resaltan la necesidad de que dos orbitadores y sus instrumentos complementarios nos cuenten una historia completa y construyan una imagen completa de cómo los campos magnéticos y los entornos de plasma cambian a lo largo del tiempo y el espacio. Estamos ansiosos por ver cómo BepiColombo afectará nuestra comprensión más amplia de las magnetosferas planetarias".
Mientras tanto, los científicos han comenzado a investigar los datos obtenidos durante el cuarto sobrevuelo cercano a Mercurio el mes pasado, mientras los controladores de vuelo se preparan para los dos últimos sobrevuelos consecutivos programados para el 1 de diciembre de 2024 y el 8 de enero de 2025.
Compilado de/SciTechDaily