Космический аппарат BepiColombo зафиксировал, как высокоэнергетические частицы с Солнца пробивают слабую магнитную защиту Меркурия и достигают поверхности планеты. Наблюдение удалось провести во время рекордно близкого пролёта 4 сентября 2024 года, когда аппарат прошёл всего в 165 км над поверхностью на фоне повышенной солнечной активности. Исследователи считают, что такая бомбардировка способна постепенно менять минералы и химический состав верхнего слоя Меркурия.
Результаты опубликовала международная группа исследователей в журнале Nature Astronomy. Учёные проанализировали данные прибора SIXS на европейском орбитальном аппарате Mercury Planetary Orbiter, входящем в миссию ESA и JAXA BepiColombo. SIXS измеряет потоки рентгеновского излучения, электронов и протонов и во время пролёта оказался практически в идеальном месте для наблюдения солнечной радиационной атаки на Меркурий.
За несколько дней до сближения поток энергичных частиц возле Меркурия заметно вырос. Солнце находилось близко к максимуму активности, коронографы SOHO и STEREO-A наблюдали несколько быстрых корональных выбросов массы, а другие аппараты зарегистрировали мощные рентгеновские вспышки. Потоки частиц оставались высокими вплоть до пролёта, поэтому исследователи смогли проследить, что происходит с солнечными протонами и электронами непосредственно внутри магнитосферы Меркурия.
Вблизи точки максимального сближения картина резко изменилась. Детектор, направленный в сторону поверхности, перестал регистрировать протоны во всём исследованном диапазоне энергий, тогда как датчики с другим направлением обзора продолжали видеть поток. Моделирование показало, что высокоэнергетические протоны не исчезали из пространства вокруг планеты. Их траектории пересекались с Меркурием, поэтому частицы в буквальном смысле врезались в поверхность раньше, чем могли попасть в детектор. Исследователи называют механизм «планетарным затенением».
Слабое магнитное поле Меркурия плохо удерживает настолько энергичные частицы. Его напряжённость составляет около одного процента земной, а у Меркурия практически нет атмосферы, которая могла бы служить дополнительным экраном. Например, протон с энергией 2 МэВ в магнитном поле напряжённостью 200 нТ имеет гирорадиус около 1000 км, поэтому магнитосфера планеты слишком мала, чтобы надёжно отклонить подобную частицу.
С электронами происходил другой процесс. Их поток резко падал сразу на нескольких детекторах примерно за две минуты до максимального сближения. Авторы связывают провал с геометрией магнитного поля и широким «конусом потерь», в который попадают частицы, движущиеся вдоль силовых линий к поверхности. Спектры также указывают, что часть солнечных электронов могла дополнительно ускоряться уже внутри магнитосферы Меркурия при взаимодействии с вистлеровскими электромагнитными волнами. Авторы осторожно называют такое ускорение наиболее вероятным объяснением наблюдаемой спектральной картины, а не окончательно доказанным механизмом.
Постоянный поток энергичных частиц способен заметно влиять на поверхность планеты. Протоны и электроны проникают в реголит, повреждают структуру минералов, способствуют аморфизации вещества и образованию либо изменению нанофазного железа. Удары частиц также выбивают из поверхности атомы и молекулы, включая натрий, калий и кальций, которые затем пополняют крайне разреженную экзосферу Меркурия. По мнению авторов работы, интенсивность подобных процессов может меняться вместе с 11-летним циклом солнечной активности.
Наблюдения важны не только для самого Меркурия. Авторы указывают, что похожая ситуация может возникать на каменистых экзопланетах, расположенных близко к активным звёздам, включая планеты системы TRAPPIST-1. Потоки энергичных частиц способны менять атмосферную химию, состав поверхности и условия, которые учитывают при оценке потенциальной обитаемости таких миров.
Исследователи из Университета Турку также считают данные SIXS полезными для изучения экстремальной космической погоды возле Земли. Магнитное поле нашей планеты намного сильнее меркурианского, однако мощная солнечная буря способна серьёзно сжать земную магнитосферу. Наблюдения возле Меркурия дают учёным естественную лабораторию для проверки того, насколько глубоко энергичные частицы могут проникать в защищённую магнитным полем область.
Сам BepiColombo уже завершил все шесть пролётов Меркурия. 3 сентября 2026 года аппарат успешно отделил перелётный модуль MTM, а 21 ноября европейский MPO и японский Mio должны выйти на орбиту вокруг планеты. Их разделение запланировано на декабрь, полноценная научная программа должна начаться 6 апреля 2027 года. После выхода на рабочие орбиты SIXS и другие приборы смогут наблюдать бомбардировку Меркурия уже систематически и выяснить, насколько сильно солнечная активность перестраивает поверхность ближайшей к Солнцу планеты.
