ИСТИНА

Основными целями проекта являются формулировка физических моделей взаимодействия собственного магнитного поля Меркурия с набегающим потоком плазмы солнечного ветра, а также исследование процессов, приводящих к формированию экзосферы Меркурия. Нами будут выделены эффекты пересоединения межпланетного магнитного поля и магнитосферного поля. Анализ измерений магнитного поля в окрестности Меркурия, проведенный космическим аппаратом MESSENGER, даст возможность оценить динамическое давление солнечного ветра, давление магнитосферной плазмы в критических областях магнитосферы - в области каспа и в плазменном слое хвоста магнитосферы. Расчеты траекторий частиц солнечного ветра и солнечных космических лучей в окрестности планеты дадут возможность оценить возможные эффекты квазизахвата энергичных частиц в магнитосферу. Разделение вкладов магнитосферных и планетарных источников магнитного поля позволит протестировать модели планетарного динамо. Дискуссионная до настоящего времени роль продольных токов в формировании магнитосферы Меркурия и возможные каналы замыкания этих токов могут быть проанализированы на основании полученной невязки между модельным и измеренным полем. Из-за малых размеров магнитосферы Меркурия КА MESSENGER настолько быстро пролетает ее, что можно пренебречь изменением за это время магнитного поля солнечного ветра, измеренного им вне магнитосферы. После реализации совместной миссии Европейского Космического Агентства (ESA) и Японского аэрокосмического исследовательского агентства (JAXA) к Меркурию BepiColombo, которая предполагает одновременный запуск двух космических аппаратов на орбиты искусственных спутников Меркурия, модельные расчеты силовых линий дадут возможность учитывать степень магнитной «сопряженности» двух аппаратов и, соответственно, сопоставлять полученные ими данные. Моделирование процессов, приводящих к возникновению экзосферы, поможет рассчитать плотности нейтральных частиц, формирующих экзосферу Меркурия. Сравнение величины потерь частиц экзосферы для разных состояний магнитосферы поможет дать ответ на вопрос, ускоряет или замедляет эрозию атмосферы/экзосферы планетарное магнитное поле.

During the past decade the quality of experimental information on plasma and magnetic field structure in Mercury's magnetosphere has substantially improved. Since March 2011, when MESSENGER was inserted into the Mercury’s orbit and until April 30, 2015 when its mission was completed after 4104 orbits the spacecraft had transmitted approximately 14 TB of data, including magnetic field vector measurements. Nevertheless, many features of interaction of planetary magnetic field with the solar wind plasma flow remain either unknown or clear only in general terms in the absence of reliable quantitative estimates. Among these, one can point out simple questions such as the relative magnitude of the interplanetary magnetic field penetrating the magnetosphere, the average magnitude and range of potential drop arising due to magnetized solar wind plasma flow past the planet, and conditions for formation, structure and relative length of the magnetotail on the nightside of the magnetosphere. The questions whether the planetary magnetic field slows down or accelerates the erosion of the exosphere and at what rate the exosphere is replenished with neutral particles sputtered from the surface remain open. Developing qualitative models of the Hermean magnetosphere and exosphere and refining it by comparing with the results of MESSENGER will allow our project to at least partially answer these questions.

Для Меркурия будут сделаны оценки эффективности пересоединения межпланетного и планетарного магнитных полей. Будет определена величина магнитного потока на открытых силовых линиях, уточнено северо-южное смещение планетарного диполя относительно центра планеты и изучена динамика токового слоя в хвосте Меркурия. В качестве дополнительного параметра будет рассмотрен угол раствора магнитопаузы (так называемый, «flaring»). Будут рассмотрены данные, полученные на всех витках КА MESSENGER. Будет изучена изменчивость параметров модели с учетом данных КА MESSENGER, полученных в переходном слое и в невозмущенном солнечном ветре перед фронтом головной ударной волны. Будет построена сетка магнитных координат во внешней магнитосфере и проведено проектирование вдоль магнитного поля участков магнитопаузы и областей внешней магнитосферы на малые высоты. Будет создана модель поверхности Меркурия для работы в программном комплексе Geant4. Будет рассчитана плотность экзосферы в зависимости от локального времени, которая возникает в процессах распыления заряженными частицами и десорбции под воздействием солнечных фотонов. Будет рассмотрена относительная эффективность процессов, приводящих к формированию экзосферы, для различных элементов, составляющих экзосферу Меркурия. Начиная с первого года реализации проекта, будут созданы соответствующие заделы, которые позволят выполнить трудоемкие численные расчеты, необходимые для успешного проведения работ второго и третьего года.

Масштабирование структур, хорошо изученных в магнитосфере Земли, и сопоставление построенных моделей с данными измерений дают возможность разработать и протестировать динамические модели магнитосфер планет Солнечной системы. Эти модели можно использовать для описания физических процессов, происходящих при обтекании плазмой солнечного ветра планетарного магнитного поля, а выделение ключевых явлений, определяющих образование магнитосферы, дает понимание динамических процессов, происходящих в магнитосфере. Группа исследователей, участвующих в проекте, имеет соответствующий задел в форме уже предложенных численных моделей магнитосфер, средние параметры которых были определены при сопоставлении с первыми прямыми измерениями магнитного поля на космических аппаратах в окрестности Меркурия, Юпитера и Сатурна. Нами изучалась зависимость структуры магнитосферного магнитного поля Меркурия от межпланетного магнитного поля (ММП) (Belenkaya и др., 2013). Поскольку Меркурий – ближайшая к Солнцу планета, ММП на ее орбите преимущественно радиальное. Это вызывает особенности в пересоединении магнитосферного и межпланетного магнитных полей – оно происходит в каспах. При этом в зависимости от знака радиальной компоненты пересоединение в одном из каспов осуществляется на квазинейтральной линии, что сопровождается возникновением FTEs. Теоретический результат был подтвержден наблюдениями во время первого пролета КА MESSENGER.