Come la Terra, anche Mercurio ha un campo magnetico, anche se, a livello del suolo, è cento volte più debole del nostro. Questo campo magnetico crea una bolla nello spazio – la magnetosfera – che funge da cuscinetto al flusso continuo di particelle provenienti dal Sole. Poiché Mercurio orbita molto vicino al Sole, l’interazione del vento solare con la magnetosfera e con la superficie del pianeta è assai più intensa che sulla Terra. Esplorare la dinamica di questa bolla e le proprietà delle particelle contenute al suo interno è uno degli obiettivi principali della missione BepiColombo.
BepiColombo arriverà a Mercurio nel 2026, sfruttando dei sorvoli intorno alla Terra, a Venere e allo stesso Mercurio per regolare la sua velocità e traiettoria, in modo da consentirne l’inserimento in orbita intorno al pianeta, dove la sonda si separerà e schiererà i suoi due moduli orbitanti: il Mercury Planetary Orbiter (Mpo), guidato dall’Esa, e il Mercury Magnetospheric Orbiter (Mmo), guidato dalla Jaxa. I due moduli viaggeranno lungo orbite complementari per raccogliere le misure necessarie a tracciare un quadro completo dell’ambiente dinamico di Mercurio.
La magnetosfera di Mercurio, con le linee di campo magnetico compresse sul lato verso il Sole e che si estendono in una coda sul lato notturno. Crediti: Esa
I flyby – sei in tutto su Mercurio, quattro dei quali già avvenuti, l’ultimo il mese scorso – consentono inoltre di raccogliere informazioni uniche su regioni del pianeta che non sarebbero direttamente accessibili dall’orbita. Durante il passaggio del 19 giugno 2023, il terzo dei sei flyby, Lina Hadid, ex ricercatrice dell’Esa, ora al Laboratoire de Physique des Plasmas dell’Osservatorio di Parigi, ha utilizzato la serie di strumenti Mercury Plasma Particle Experiment (Mppe), attivi su Mmo, per creare in un brevissimo periodo di tempo un’immagine eccezionale del paesaggio magnetico del pianeta.
«Questi sorvoli sono veloci, abbiamo attraversato la magnetosfera di Mercurio in circa 30 minuti, passando dal tramonto all’alba, con il punto di massimo avvicinamento a soli 235 km sopra la superficie del pianeta», ricorda Hadid. «Abbiamo campionato il tipo di particelle, quanto sono calde e come si muovono».
Combinando le misure di BepiColombo con la modellazione digitale, Hadid e i suoi colleghi hanno potuto tracciare un quadro delle varie caratteristiche che si incontrano nella magnetosfera, determinando l’origine delle particelle rilevate in base al loro moto. «Abbiamo osservato strutture previste, come il bow shock tra il vento solare che scorre liberamente e la magnetosfera, e siamo anche passati attraverso i “corni” che fiancheggiano la distesa di plasma, una regione gassosa più calda, densa e caricata elettricamente che sgorga come una coda in direzione opposta al Sole. Ma abbiamo anche avuto alcune sorprese».
Hadid è co-principal investigator di Mppe e responsabile di uno dei suoi strumenti, l’analizzatore dello spettro di massa. E ha lavorato con il responsabile precedente, Dominique Delcourt, all’articolo che presenta i risultati, pubblicato giovedì scorso su Nature Astronomy.
«Abbiamo rilevato un cosiddetto strato limite a bassa latitudine definito da una regione di plasma turbolento al bordo della magnetosfera, qui abbiamo osservato particelle con una gamma molto più ampia di energie, mai vista prima su Mercurio. Tutto questo grazie alla sensibilità dell’Msa, il Mass Spectrum Analyser progettato appositamente per il complesso ambiente di Mercurio», dice Delcourt. «BepiColombo sarà in grado di determinare la composizione ionica della magnetosfera di Mercurio in modo più dettagliato che mai».
«Abbiamo anche osservato ioni energetici caldi vicino al piano equatoriale e a bassa latitudine, intrappolati nella magnetosfera», aggiunge Hadid,«e pensiamo che l’unico modo per spiegarlo sia l’azione di una corrente ad anello – un anello parziale o completo – ma è un’ipotesi molto dibattuta».
Una corrente ad anello (ring current, in inglese) è una corrente elettrica trasportata da particelle cariche intrappolate nella magnetosfera. La Terra ha una corrente ad anello di cui conosciamo bene le caratteristiche, situata a decine di migliaia di chilometri dalla sua superficie. Su Mercurio è meno chiaro come le particelle possano rimanere intrappolate entro poche centinaia di chilometri dal pianeta, specialmente quando la magnetosfera è schiacciata contro la superficie del pianeta. Questo dubbio sarà probabilmente risolto una volta che Mpo ed Mmo raccoglieranno dati a tempo pieno.
Simulazione dell’ambiente magnetico di Mercurio
Hadid e colleghi hanno anche osservato l’interazione diretta della sonda spaziale con il plasma circostante. Quando la sonda è riscaldata dal Sole, non può rilevare gli ioni pesanti più freddi perché essa stessa si carica elettricamente e li respinge. Ma mentre la sonda si muove attraverso l’ombra notturna del pianeta, la carica è diverso e improvvisamente un mare di ioni di plasma freddi diventa visibile. È stato così possibile rilevare, per esempio, ioni di ossigeno, sodio e potassio, che sono stati probabilmente espulsi dalla superficie del pianeta da impatti di micro-meteoriti o attraverso interazioni con il vento solare.
«È come se improvvisamente stessimo guardando la composizione superficiale “esplosa” in 3D attraverso l’atmosfera molto fine del pianeta, la sua esosfera», spiega Dominique. «È emozionante cominciare a vedere le correlazioni tra la superficie del pianeta e il plasma dell’ambiente circostante».
«Le osservazioni sottolineano quanto sia importante che i due orbiter e i loro strumenti costruiscano un quadro completo di come l’ambiente magnetico e plasmatico cambi nel tempo e nello spazio. Siamo impazienti di vedere come BepiColombo cambierà la nostra comprensione delle magnetosfere planetarie», conclude Geraint Jones, project scientist di BepiColombo all’Esa
Nel frattempo, gli scienziati stanno già analizzando i dati raccolti durante il quarto flyby di Mercurio, mentre ci si prepara agli ultimi due, previsti il primo dicembre 2024 e l’otto gennaio 2025.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Mercury’s plasma environment after BepiColombo’s third flyby”, di Lina Z. Hadid, Dominique Delcourt, Yuki Harada, Mathias Rojo, Sae Aizawa, Yoshifumi Saito, Nicolas André, Austin N. Glass, Jim M. Raines, Shoichiro Yokota, Markus Fränz, Bruno Katra, Christophe Verdeil, Björn Fiethe, Francois Leblanc, Ronan Modolo, Dominique Fontaine, Norbert Krupp, Harald Krüger, Frédéric Leblanc, Henning Fischer, Jean-Jacques Berthelier, Jean-André Sauvaud, Go Murakami e Shoya Matsuda