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水星磁场

概述

水星磁场近似于磁偶极（意思是这个磁场只有两个磁极）[7]，这是值得注意，而且是全球性的[8]，在水星[9]。 依据水手10号太空船于1974年发现的资料，水星磁场的强度只有地球的1.1% [10]。磁场的起源可以用发电机原理来解释[11]，并且因为磁场是足够强大，可以在附近形成弓形震波，减缓太阳风的速度，诱发磁层[12]。

水星的磁层
图表显示出水星磁场的相对强度
发现[1]
发 现 者： 水手10号
发现日期： 1974年4月
半径： 水星 2,439.7 ± 1.0 km
磁矩： 2－6 × 1012 T·m3
赤道的场强 300 nT
偶极倾斜： 4.5º (toward dawn)
自转周期 ?
速度： 400 km/s
磁层参数[5][6]
磁层顶距离： 1.4 RM
磁尾长度： 10–100 RM
主要的离子： Na+、O+、K+、Mg+、Ca+、S+、H2S+
等离子源 太阳风
最大微粒能量 达到50 keV

强度 编辑

参见：磁场

磁场强度大约是地球的1.1%[10]，在水星的赤道，磁场的相对强度大约是300nT[13]。根据水手10号的资料，虽然相较于地球的磁场是非常的微弱（大约是1/100），这样的磁场强度依然可以偏转太阳风辐射的方向，诱发出磁层。因为水星磁场的微弱，相对于行星际磁场在轨道（近日点距离是0.307AU，远日点距离0.467AU）的交互作用就比较强烈，例如，太阳风在水星轨道上的动力学压力就三倍于地球的。水星的磁场比地球的微弱，可能是因为它的核心冷却和凝固的比地球更冷和更快[14]。科学家们已经发现水星的磁场比木星的天然卫星加利美德还要微弱。

在水手10号和信使号任务之间，水星磁场是否有很大程度的改变，仍然是个悬而未决的问题。J.E.P. Connerney和N.F. Ness在1988年回顾水手10号的磁场资料指出，在8篇不同的论文中，提出不下于了15种的不同数学模式，以球形简谐分析水手10号两次飞掠水星的资料，报告中的磁偶极矩中心范围从136 － 350 nT-RM3 （nT是奈特斯拉， RM是水星的半径2436公里）。此外，他们指出从获得的弓形震波和磁层顶的位置估计，“偶极的范围大约从200 nT-RM3 （罗素，1977）到大约400 nT-RM3 （Slavin和Holzer，1979b）” 。他们的结论是"缺乏与模型之间的一致性是因为可用观测的空间分部受到基本上的限制"[15]。安德森等人，2011，使用环绕水星轨道多次的高品质信使号资料 － 不是几次的高速飞掠 － 发现磁偶极矩是195± 10 nT-RM3[16]。

起源 编辑

参见：发电机原理

发电机理论可以解释磁场的起源[11]；也就是，通过在核心外围熔融的导电铁水的对流[17]。行星的核心是以沉降至质量中心的一个巨大铁核，多年来尚未完全冷却，外核也还没有完全凝固，并绕着内部流转着。在1974年发现之前，因为它的体积娇小，认为在太阳系的演化过程中，水星的核心已经冷却了。但仍有一些发电机理论无法解释的，包括长达59天的自转周期，使它不太可能生成磁场的困难。

因为它是由在内核内部热的部分对流来驱动，所以这个发电机很可能比地球的微弱。在核与地幔交界处的温度梯度是近似绝热的，因此液化的核心区域外围是稳定的分出层次，发电机只在一定的深度中运作，产生强大的磁场[18]。 由于行星缓慢的自转，结果磁场主要是由快速波动与时俱进的小型元件产生。

磁极和磁性测量 编辑

 
水星的磁场倾向于在赤道部分比水星的其它部分为强

像地球一样，水星的磁场是倾斜的[9][19]，意味着水星的磁极与地理的极点不在同一个位置或区域上。水星磁场在内部的南北不对称的结果是，磁场线的几何形状在水星的南极和北极是不同的[20]。特别是，在南极附近磁场的"极冠"场线开放至行星际空间的量大得多。这在几何上意味着南极地区比北极更曝露在带电粒子的加热和太阳风-磁层的交互作用。四极矩和偶极矩力的倾斜完全不受到约束[3]。

已经有各种不同的方法量度过水星的磁场。一般情况下，当依据磁场的大小和形状 (~150–200 nT R3) 估计，推断等效的内部偶极矩是较小的[21]。最近，地基的雷达测量出水星的自转有着轻微的摇摆运动，解释水星的核心至少有一部分还是熔融的。言下之意，铁"雪"有助于维持磁场[22]。信使号太空船将使用灵敏的磁力仪收集超过5亿笔对水星磁场测量的资料[17]。

发现 编辑

 
来自水手10号的资料，导致水星磁场的发现

在1974年以前，水星由于相对较小的直径和缺乏大气层，被认为不生成磁场。然而，当水手10号飞掠过水星时（大约在1974年4月），它检测到了总规模约为地磁场1/100的磁场。但是这些经过在磁场本质的大小、它的方向和它的调和结构只提供了微弱的拘束力，部分是因为缺乏对太阳风密度和速度的观察[3]。由此一发现，水星的磁场受到大量的关注[23]，主要是因为水星的体积小和长达59天的自转周期。

关于磁场的起源，目前认为是来自发电机机制[11][24]，虽然这是否负责磁场尚未得到很好的说明。

场特征 编辑

 
信使号太空船指出水星的磁场要为几个磁”龙卷风”负责 －－与行星际空间的磁场纠缠在一起－－ 有些的宽度达到800公里，或是行星总直径的1/3

科学家指出水星的磁常有着极度的"渗漏"[25][26][27]，因为信使号在2008年10月6日第二次飞越水星时遇到磁龙卷风，它们可能在充填大气层（或是天文学家所谓的“散逸层”）。当水手10号在1974年再度飞越水星时，在进入和离开磁层顶时，测量到弓形激波的讯号，并且磁气层的空腔大约比地球小了20倍，当信使号接近时，所有都被推测为衰减[28]。即使场的强度刚超越地球的1%，水手10号检测到的这个值让一些科学家认为水星的核心仍是或至少部分仍是液体，且可能具有铁和其它金属[29]。

参考资料 编辑

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