北大研究团队发现水星存在磁暴与环电流

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）水星探测器为期5年的观测数据。观测显示，水星的环电流在向阳面呈分叉状，与地球的赤道环电流在形态上有很大差异，这一形态与试验粒子模拟结果高度吻合。这主要是在强太阳风压缩水星磁层的条件下，质子经历Shabansky轨道导致的。这些观测结果为水星磁层中存在环电流提供了确凿证据。研究显示，水星磁层中存在类似地球磁层中的环电流，并引发水星磁暴。研究结果对理解太阳系行星演化有重要启示。