Космический аппарат BepiColombo зафиксировал прямое попадание высокоэнергетических солнечных частиц на поверхность Меркурия. Во время сверхблизкого пролёта 4 сентября 2024 года, когда аппарат находился всего в 165 км над планетой, прибор SIXS регистрировал, как протоны и электроны пробивают слабую магнитную защиту и врезаются в поверхность. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.
За несколько дней до сближения поток энергичных частиц возле Меркурия резко вырос. Солнце находилось близко к максимуму активности: космические обсерватории SOHO и STEREO-A наблюдали несколько быстрых корональных выбросов массы, другие аппараты регистрировали мощные рентгеновские вспышки. Потоки частиц оставались высокими вплоть до пролёта BepiColombo, позволив исследователям проследить, что происходит с солнечными частицами внутри магнитосферы Меркурия.
Вблизи максимального сближения картина изменилась резко. Детектор, направленный на поверхность, перестал регистрировать протоны, тогда как другие датчики продолжали видеть поток. Моделирование объяснило наблюдение просто: высокоэнергетические протоны не исчезали, их траектории пересекались с Меркурием, и частицы врезались в поверхность раньше, чем попадали в детектор. Исследователи называют это «планетарным затенением».
Слабое магнитное поле Меркурия плохо удерживает энергичные частицы. Его напряжённость составляет около одного процента земной. У Меркурия практически нет атмосферы, которая служила бы дополнительным экраном. Протон с энергией 2 МэВ в магнитном поле напряжённостью 200 нТ имеет гирорадиус около 1000 км — магнитосфера Меркурия слишком мала, чтобы надёжно отклонить подобные частицы.
С электронами происходил другой процесс. Их поток резко падал примерно за две минуты до максимального сближения на нескольких детекторах одновременно. Авторы связывают это с геометрией магнитного поля и широким «конусом потерь», в который попадают частицы, движущиеся вдоль силовых линий. Спектры указывают, что часть солнечных электронов ускорялась внутри магнитосферы Меркурия при взаимодействии с вистлеровскими электромагнитными волнами.
Постоянный поток энергичных частиц способен менять поверхность планеты. Протоны и электроны повреждают структуру минералов в реголите, содействуют аморфизации вещества и образованию нанофазного железа. Удары частиц выбивают из поверхности атомы натрия, калия и кальция, которые пополняют крайне разреженную экзосферу Меркурия. Интенсивность этих процессов меняется вместе с 11-летним циклом солнечной активности.
Результаты важны для понимания условий на каменистых экзопланетах близ активных звёзд, включая планеты системы TRAPPIST-1. Поток энергичных частиц влияет на атмосферную химию, состав поверхности и обитаемость таких миров.
Данные BepiColombo также помогают изучать экстремальную космическую погоду у Земли. Земная магнитосфера намного сильнее меркурианской, но мощная солнечная буря способна сжать её. Наблюдения возле Меркурия дают естественную лабораторию для проверки, насколько глубоко энергичные частицы проникают в защищённую магнитным полем область.
BepiColombo уже завершил все пролёты Меркурия. 3 сентября 2026 года аппарат отделит перелётный модуль MTM. 21 ноября европейский орбитальный аппарат MPO и японский Mio должны выйти на орбиту вокруг планеты. Полноценная научная программа начнётся 6 апреля 2027 года. После выхода на рабочие орбиты приборы смогут наблюдать бомбардировку Меркурия систематически и выяснить, насколько сильно солнечная активность перестраивает поверхность ближайшей к Солнцу планеты.
