水星上合唱波产生的图像。来源:水星图片:美国宇航局/约翰霍普金斯大学应用物理实验室/华盛顿卡内基研究所
水星探测器在其磁层中发现了局部的合唱波。能得到Nal研究利用先进的理论和模拟来理解这些波，强调磁层在保护行星免受宇宙辐射方面的重要作用。
由于水星是太阳系行星中离太阳最近的行星，它受到太阳风的强烈影响，太阳风是一种从太阳吹来的高速等离子体流(每秒几百公里)。
1974年和1975年，水手10号宇宙飞船首次对水星进行了探测，发现水星有磁场，因此有一个类似于地球的磁层。
在2000年代，信使号宇宙飞船提供了水星磁场和磁层的详细图片，并揭示了水星的磁场中心从行星中心向北移动了大约0.2 RM (RM是水星的半径2439.7公里)。
第三次水星探测目前正在由BepiColombo国际水星探测项目[1]进行，这要感谢Mio航天器(项目科学家，村上博士)和水星行星轨道器(MPO)。特别是，与水手10号和信使号不同，Mio航天器配备了全套等离子体波仪器(PWI，首席研究员Kasaba教授)，专门用于首次调查水星周围的电磁环境。电磁波可以有效地加速等离子体粒子(电子、质子、较重的离子);因此，它们在水星的磁层动力学中扮演着重要的角色。
当前研究结果
目前的研究是由金泽大学、东北大学、京都大学、MagneDesign公司、法国等离子体物理实验室的科学家组成的国际联合研究小组进行的，并得到了法国航天局(CNES)和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)空间与航天科学研究所的支持。
Mio宇宙飞船于2018年10月20日发射，目前正在前往水星的途中，最终将于2025年12月进入水星轨道。虽然由于太阳的引力比水星强，让“米奥”进入水星轨道在技术上是极其困难的，但它计划在2025年进入水星轨道，此前它曾多次飞越地球、金星和水星[2]，进行重力辅助机动。
在2021年10月1日和2022年6月23日的水星飞掠期间，Mio航天器在大约200公里的高度接近了水星。在前往水星的旅程中，由于航天器本身的干扰噪声，航天器的装载配置并不是测量电磁波的最佳选择。然而，Mio航天器是为了尽可能降低其电磁噪声水平而开发的，因此通过EMC测试已被认证为电磁清洁航天器。[3]
日本和法国联合开发了能够应对水星炙热环境的交流电磁场传感器，并在不受航天器本身噪音污染的情况下，首次实现了水星周围的电磁波观测。这揭示了局部产生的合唱波，例如在地球磁层中经常检测到的那些。
水星磁层中有合唱波的存在，现在已经得到了证实，这是自2000年代Mio航天器等离子体波仪(PWI)设计以来就预测到的(频率范围、强度等)。最让包括金泽大学尾崎博士在内的国际联合研究小组感到惊讶的是合唱波的“空间局域性”，在两次飞越期间，它们只在水星磁层黎明区的一个极其有限的区域被探测到。这意味着有一种物理机制倾向于只在水星磁层的黎明部分产生合唱波。
为了研究黎明扇区合唱波产生的原因，国际联合研究小组利用京都大学大村教授建立的合唱波非线性增长理论，对太阳风强烈扭曲的水星磁场曲率的影响进行了评估。夜晚扇区的磁力线受到太阳风压力的拉伸，而黎明扇区的磁力线受影响较小，曲率较小。
根据磁力线的特性和非线性生长理论，揭示了在黎明扇区，能量沿着磁力线从电子有效地转移到电磁波，创造了有利于合唱波产生的条件。这一效应也在使用高性能计算机对水星环境进行的数值模拟中得到证实。
在此次研究中，通过“宇宙观测”、“理论”、“模拟”的强大协同作用，揭示了受太阳风强烈影响的行星磁力线对合唱波产生位置的重要性。
未来前景
在水星飞掠观测中，该团队准备使用计划中的水星轨道上的Mio航天器探测器进行全面的电磁环境调查。预计在计划时将探测到的合唱波，在相当局部的方式观测到，即在水星的黎明部分，这是预料不到的，结果显示水星磁层的各种波动。
这些数据证明了水星上存在能产生合唱波的高能电子，有可能在合唱波的驱动下产生有效加速的活跃电子，以及电子在合唱波的驱动下从水星磁层强制沉淀到水星表面，从而产生x射线极光。这些观测结果将对水星环境的科学认识产生广泛的影响。
“妙”号宇宙飞船正在对水星进行全面探测的途中。根据飞掠观测，我们发现磁场畸变是造成局部(即黎明区)合唱波产生的原因。Mio航天器在水星轨道上对电磁环境的全面探索，不仅有助于了解整个水星磁层的等离子体环境，而且有助于深入了解一般的磁层动力学。
在太阳系的行星上，磁层起到了阻挡威胁生命的宇宙辐射的屏障作用。比较水星和地球的数据将加强我们对地球的重要天然屏障的理解。
术语表
探测能nal水星探测项目:日欧合作的两个航天器探测器(Mio和MPO)水星综合探测项目。特别是日本负责的水星磁层探测器Mio，配备了电磁波观测仪器等。 飞越:宇宙飞船探测器接近一颗行星。宇宙飞船探测器的轨道将利用行星的引力以期望的方式改变。 EMC(电磁兼容性)测试: e 评估测试，以检查是否发出不必要的电磁噪音，以及设备的设计和制造方式是否即使接收到不必要的电磁噪音也不会发生故障。评估试验，检查是否发出不必要的电磁噪声，以及设备的设计和制造是否即使接收到不必要的电磁噪声也不会发生故障。
参考文献:《BepiColombo/Mio观测到的水星磁层中的Whistler-mode波》，作者:尾崎光典、八谷聪、Kasaba康正、笠原吉也、松田昭也、大村吉晴、hikishu、Fouad Sahraoui、Laurent Mirioni、gsamrard Chanteur、栗田聪、中泽聪和村上吾，2024年9月14日，《自然天文学》。DOI: 10.1038 / s41550 - 023 - 02055 - 0
