Teoretiska fysiker använde simuleringar för att förklara de ovanliga avläsningarna som samlades in 2009 av Mercury Surface, Rymdmiljö, Geokemi, och Ranging (MESSENGER) uppdrag. Ursprunget till energiska elektroner som upptäckts i Merkurius magnetiska svans har förbryllat forskare. Denna nya studie, dyker upp i Plasmas fysik , ger en möjlig lösning på hur dessa energiska elektroner bildas.

Det magnetiska materialets flöde inuti en planet skapar ett globalt magnetfält. I Merkurius, och på jorden, flytande metallströmmar i planeternas kärnor inducerar planeternas magnetfält. Dessa fält varierar i form, storlek, vinkel och styrka från planet till planet, men är alla viktiga för att skydda planeter från solpartiklar.

Solvinden spränger planeter med strålning och orsakar magnetiska substormar, som vi ibland ser på jorden som norrsken. Magnetiska svansar eller magnetsvansar bildas när ett intensivt strålningstryck från solvindar "trycker" på planetens magnetfält. Dessa svansar bildas på nattsidan av planeten, vänd bort från solen. På Merkurius, magnetiska substormar i svansen är större och snabbare än de som observeras på jorden.

Merkurius magnetfält är 100 gånger svagare än jordens, så det förvånade fysiker att MESSENGER upptäckte tecken på energiska elektroner i planetens magnetiska svans - den hermeanska magnetsvansen. "Vi ville ta reda på varför satelliten hittade energiska partiklar, sa Xiaowei Zhou, en författare till studien.

En trolig kandidat som är ansvarig för närvaron av dessa energiska partiklar är magnetisk återkoppling. Magnetisk återkoppling sker när arrangemanget av magnetfältslinjer ändras, frigör kinetisk och termisk energi. Dock, i den turbulenta astrofysiska miljön, magnetisk återkoppling är dåligt förstådd. I den här studien, Kinesiska och tyska fysiker undersökte magnetisk återkoppling inom ramen för turbulens i den hermeanska magnetsvansen.

Magnetohydrodynamiska simuleringar och testpartikelberäkningar visade att plasmoider - distinkta magnetiska strukturer som omfattar plasma - genereras under magnetisk återkoppling. Dessa plasmoider accelererar energiska elektroner. Simuleringsresultaten stöds av MESSENGER-mätningar av plasmoid-arter och plasmoid-återkoppling i Hermean magnetotail.

Forskarna använde också en medelturbulensmodell för att beskriva turbulensen i fysiska processer i subgrid-skala. Accelerationsprocesser skalades till parametrar som efterliknar karakteristiska förhållanden som rapporterats från Hermean magnetotail. Simuleringarna visade att under dessa förhållanden, turbulent plasmoidåterkoppling kan vara ansvarig för elektronacceleration. "Vi visade också att turbulens förbättrar återanslutningen genom att öka återanslutningshastigheten, " sa Zhou.

Teamets modell förutsäger de övre gränserna för turbulent plasmoidåterkoppling och motsvarande elektronacceleration. Bepi-Colombo-uppdraget, lanseras i oktober 2018, kommer att testa dessa förutsägelser. Bepi-Colombo-satelliterna, byggd för att klara det hårda, varm miljö nära solen, kommer att infogas i Merkurius omloppsbana 2025 under ett jordår för att överföra observationer från planeten.

"Tidigare satelliter kunde inte testa de höga energierna från elektroner och ett syfte med detta uppdrag är att mäta de energiska partiklarna från Hermean magnetotail med ny detektorteknologi, " sa Zhou. Med denna nya teknik, forskarna hoppas få en mer detaljerad subskalevy av effekterna av turbulens.