Scienza ed Esplorazione
03/10/2024
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Durante il sorvolo di Mercurio a giugno 2023, BepiColombo ha osservato una varietà di caratteristiche nel campo magnetico di questo piccolo pianeta. Queste misurazioni offrono un’interessante anteprima dei misteri che la missione intende esplorare al suo arrivo in orbita attorno al pianeta più interno del Sistema Solare.
Come la Terra, Mercurio possiede un campo magnetico, sebbene sia cento volte più debole sulla superficie del pianeta. Tuttavia, questo campo magnetico crea una bolla nello spazio, nota come magnetosfera, che funge da schermo per il continuo flusso di particelle emesse dal Sole sotto forma di vento solare. Poiché Mercurio orbita molto vicino al Sole, l’interazione tra il vento solare e la magnetosfera, e persino la superficie del pianeta, è molto più intensa rispetto alla Terra. Esplorare la dinamica di questa bolla e le proprietà delle particelle al suo interno è uno degli obiettivi principali della missione di BepiColombo.
Il viaggio di BepiColombo attraverso la magnetosfera di Mercurio
BepiColombo arriverà su Mercurio nel 2026, utilizzando sorvoli della Terra, di Venere e dello stesso Mercurio per regolare la sua velocità e traiettoria per essere catturato in orbita attorno al pianeta. L’attuale veicolo spaziale ‘impilato’ si separerà e dispiegherà due orbiter scientifici: il Mercury Planetary Orbiter (MPO), guidato dall’ESA, e il Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO, o Mio), guidato dalla JAXA, in orbite complementari per consentire le misurazioni essenziali di un doppio veicolo spaziale necessarie per dipingere un quadro completo dell’ambiente dinamico di Mercurio. Mentre il veicolo spaziale sorvola Mercurio, molti dei suoi strumenti scientifici riescono a dare un’anteprima delle entusianti scoperte future. Inoltre, i sorvoli offrono intuizioni uniche da regioni attorno al pianeta che non saranno accessibili direttamente dall’orbita.
Lina Hadid, ex borsista di ricerca ESA, ora al Laboratoire de Physique des Plasmas presso l’Osservatorio di Parigi, ha utilizzato il Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE) attivo su Mio durante il sorvolo del 19 giugno 2023, il terzo di sei assist gravitazionali di Mercurio, per costruire un’imponente panoramica del paesaggio magnetico del pianeta in un tempo molto breve. “Questi sorvoli sono rapidi; abbiamo attraversato la magnetosfera di Mercurio in circa 30 minuti, passando dal crepuscolo all’alba, con un approccio ravvicinato a solo 235 km sopra la superficie del pianeta”, descrive. “Abbiamo campionato il tipo di particelle, la loro temperatura e il loro movimento, permettendoci di mappare chiaramente il paesaggio magnetico durante questo breve periodo.”
La magnetosfera di Mercurio durante il terzo sorvolo di BepiColombo (annotato)
Combinando le misurazioni di BepiColombo con modelli al computer per determinare l’origine delle particelle rilevate in base al loro movimento, Lina e i suoi colleghi hanno delineato le varie caratteristiche incontrate nella magnetosfera. “Abbiamo visto strutture attese come il confine dello ‘shock’ tra il vento solare che scorre liberamente e la magnetosfera, e abbiamo anche attraversato le ‘corna’ che affiancano il foglio di plasma, una regione di gas elettricamente carico più caldo e denso che si strema come una coda in direzione opposta al Sole. Ma abbiamo anche avuto alcune sorprese.”
Lina è la co-investigatrice principale di MPPE e responsabile di uno dei suoi strumenti, il Mass Spectrum Analyser. Ha lavorato al documento che presenta i risultati insieme all’ex responsabile dello strumento Dominique Delcourt. “Abbiamo rilevato una cosiddetta strato limite a bassa latitudine definita da una regione di plasma turbolento al bordo della magnetosfera, e qui abbiamo osservato particelle con un range di energie molto più ampio di quanto avessimo mai visto prima a Mercurio, in gran parte grazie alla sensibilità del Mass Spectrum Analyser progettato appositamente per il complesso ambiente di Mercurio,” afferma. “BepiColombo sarà in grado di determinare la composizione ionica della magnetosfera di Mercurio con una maggiore precisione rispetto a prima.” “Abbiamo anche osservato ioni energetici caldi vicino al piano equatoriale e a bassa latitudine intrappolati nella magnetosfera, e pensiamo che l’unico modo per spiegare ciò sia attraverso una corrente anfi, sia essa parziale o completa, ma questo è un argomento molto dibattuto,” aggiunge Lina. Una corrente anfi è una corrente elettrica trasportata da particelle cariche intrappolate nella magnetosfera. La Terra ha una corrente anfi ben compresa situata a decine di migliaia di chilometri dalla sua superficie. A Mercurio, è meno chiaro come le particelle possano rimanere intrappolate entro poche centinaia di chilometri dal pianeta, specialmente poiché la magnetosfera è compressa contro la superficie del pianeta. Questo dibattito sarà probabilmente risolto una volta che MPO e Mio inizieranno a raccogliere dati a tempo pieno.
Simulazione dell’ambiente magnetico di Mercurio
Lina e i suoi colleghi hanno anche osservato l’interazione diretta del veicolo spaziale con il plasma circostante. Quando il veicolo spaziale è riscaldato dal Sole, non può rilevare gli ioni pesanti e freddi perché il veicolo stesso diventa carico elettricamente e li respinge. Ma mentre il veicolo spaziale si sposta nell’ombra della parte notturna del pianeta, la carica è diversa e improvvisamente una marea di ioni di plasma freddo diventa visibile. Ad esempio, ha rilevato ioni di ossigeno, sodio e potassio, probabilmente espulsi dalla superficie del pianeta a causa di impatti di micrometeoriti o attraverso interazioni con il vento solare. “È come se stessimo improvvisamente vedendo la composizione della superficie ‘esplosa’ in 3D attraverso l’atmosfera molto sottile del pianeta, nota come sua esosfera,” osserva Dominique. “È davvero entusiasmante iniziare a vedere il legame tra la superficie del pianeta e l’ambiente plasmatore.” “In questo raro passaggio dal crepuscolo all’alba attraverso la struttura su larga scala della magnetosfera di Mercurio abbiamo assaporato la promessa di scoperte future,” afferma Go Murakami, scienziato di progetto di BepiColombo della JAXA. “Le osservazioni sottolineano la necessità dei due orbiter e dei loro strumenti complementari per raccontarci l’intera storia e costruire un quadro completo di come l’ambiente magnetico e plasmatore cambia nel tempo e nello spazio,” aggiunge Geraint Jones, scienziato di progetto BepiColombo dell’ESA. “Non vediamo l’ora di vedere come BepiColombo influenzerà la nostra comprensione più ampia delle magnetosfere planetarie.” Nel frattempo, gli scienziati stanno già analizzando i dati acquisiti durante il quarto sorvolo ravvicinato di Mercurio dello scorso mese mentre i controllori di volo si preparano per gli ultimi due sorvoli consecutivi previsti per il 1 dicembre 2024 e l’8 gennaio 2025.
Note per i redattori
‘L’ambiente plasmatore di Mercurio dopo il terzo sorvolo di BepiColombo’ di Lina Z. Hadid et al. è pubblicato oggi in Nature Communications Physics. I risultati si basano sulle misurazioni effettuate dal Mass Spectrum Analyser (MSA), dal Mercury Ion Analyser (MIA) e dal Mercury Electron Analyser (MEA), parte della suite di strumenti Mercury Plasma Particle Experiment a bordo del Mercury Magnetospheric Orbiter guidato dalla JAXA. BepiColombo è un’iniziativa congiunta tra l’ESA e l’Agenzia giapponese per l’esplorazione aerospaziale (JAXA). Per ulteriori informazioni, contattare:
ESA Media Relations
media@esa.int