Theoretische natuurkundigen gebruikten simulaties om de ongebruikelijke metingen te verklaren die in 2009 door het Mercuriusoppervlak werden verzameld, Ruimte Milieu, Geochemie, en Ranging (MESSENGER) missie. De oorsprong van energetische elektronen die zijn gedetecteerd in de magnetische staart van Mercurius heeft wetenschappers in verwarring gebracht. Deze nieuwe studie, verschijnen in Fysica van plasma's , biedt een mogelijke oplossing voor de vorming van deze energetische elektronen.

De stroom van magnetisch materiaal in een planeet creëert een wereldwijd magnetisch veld. in Mercurius, en op aarde, vloeibare metaalstromen in de planeetkernen induceren de magnetische velden van de planeten. Deze velden variëren in vorm, maat, hoek en sterkte van planeet tot planeet, maar zijn allemaal belangrijk voor het beschermen van planeten tegen zonnedeeltjes.

Zonnewind blaast planeten met straling op en veroorzaakt magnetische substormen, die we op aarde soms zien als het noorderlicht. Magnetische staarten of magnetotails worden gevormd wanneer intense stralingsdruk van zonnewinden op de magnetische velden van de planeet "duwt". Deze staarten vormen zich aan de nachtkant van de planeet, van de zon af gericht. op Mercurius, magnetische substormen in de staart zijn groter en sneller dan die op aarde worden waargenomen.

Het magnetische veld van Mercurius is 100 keer zwakker dan dat van de aarde, dus het verbaasde natuurkundigen dat MESSENGER tekenen van energetische elektronen ontdekte in de magnetische staart van de planeet - de Hermeïsche magnetotail. "We wilden weten waarom de satelliet energetische deeltjes vond, " zei Xiaowei Zhou, een auteur van de studie.

Een waarschijnlijke kandidaat die verantwoordelijk is voor de aanwezigheid van deze energetische deeltjes is magnetische herverbinding. Magnetische herverbinding vindt plaats wanneer de opstelling van magnetische veldlijnen verandert, het vrijgeven van kinetische en thermische energie. Echter, in de turbulente astrofysische omgeving, magnetische herverbinding wordt slecht begrepen. In dit onderzoek, Chinese en Duitse natuurkundigen onderzochten magnetische herverbinding in de context van turbulentie in de Hermeïsche magnetotail.

Magnetohydrodynamische simulaties en berekeningen van testdeeltjes toonden aan dat plasmoïden - verschillende magnetische structuren die plasma omvatten - worden gegenereerd tijdens magnetische herverbinding. Deze plasmoïden versnellen energetische elektronen. De simulatieresultaten worden ondersteund door MESSENGER-metingen van plasmoïde soorten en plasmoïde herverbinding in de Hermeïsche magnetotail.

De onderzoekers gebruikten ook een gemiddelde turbulentiemodel om de turbulentie van fysieke processen op subgridschaal te beschrijven. Versnellingsprocessen werden geschaald naar parameters die karakteristieke omstandigheden nabootsen die zijn gerapporteerd door de Hermean magnetotail. De simulaties toonden aan dat in deze omstandigheden, turbulente plasmoïde herverbinding zou verantwoordelijk kunnen zijn voor elektronenversnelling. "We hebben ook aangetoond dat turbulentie de herverbinding verbetert door de herverbindingssnelheid te verhogen, ' zei Zhou.

Het model van het team voorspelt de bovengrenzen voor heraansluiting van turbulente plasmoïden en de bijbehorende elektronenversnelling. De Bepi-Colombo-missie, vanwege de lancering in oktober 2018, zal deze voorspellingen testen. De Bepi-Colombo-satellieten, gebouwd om de harde, warme omgeving in de buurt van de zon, zal in 2025 gedurende één aards jaar in de baan van Mercurius worden geplaatst om waarnemingen van de planeet door te geven.

"Vorige satellieten konden de hoge energieën van elektronen niet testen en een doel van deze missie is om de energetische deeltjes van de Hermean magnetotail te meten met nieuwe detectortechnologie, " zei Zhou. Met deze nieuwe technologie, de onderzoekers hopen een meer gedetailleerd subschaalbeeld te krijgen van de effecten van turbulentie.