Aurore anche su Mercurio: innescate da una pioggia di elettroni

La missione, in rotta verso il pianeta più interno del Sistema Solare dal 2018, ha effettuato con successo il suo primo sorvolo di Mercurio l'1 ottobre 2021. Le osservazioni mostrano un'accelerazione di elettroni e ioni come risultato di processi aurorali che coinvolgono il campo magnetico di Mercurio, producendo infine una debole emissione di raggi X. Ciò significa che le autore sono molto diffuse nel Sistema Solare, su mondi molto diversi tra loro.
I dati rilevati durante l'incontro sono stati analizzati da un team internazionale di ricercatori che ha pubblicato i propri risultati su Nature Communications.

"Qui, mostriamo le prove dirette che supportano fortemente l'idea che gli elettroni energetici sono accelerati nella regione vicino alla coda della magnetosfera di Mercurio, si spostano rapidamente verso i settori diurni e vengono successivamente iniettati su linee di campo magnetico chiuse sul lato notturno planetario", scrive un team guidato dall'astrofisico Sae Aiwaza dell''Istituto di scienze spaziali e astronautiche (ISAS) della JAXA e dell'Università di Pisa.
"Queste osservazioni rivelano che le iniezioni di elettroni e la successiva deriva dipendente dall'energia, ora osservata in tutto il Sistema Solare, è un meccanismo universale che genera aurore nonostante le differenze nella struttura e nella dinamica delle magnetosfere planetarie".

Aurore ovunque

Le aurore si verificano quando le particelle cariche provenienti dal Sole vengono catturate nel campo magnetico di un pianeta. Queste si muovono a spirale lungo le linee di campo verso i poli magnetici del pianeta e, colpendo atomi e molecole nell'atmosfera, rilasciano luce ed energia. Ad esempio, sulla Terra, questo processo dà luogo al caratteristico spettacolo di luci che forma l'aurora boreale e australe. Su Marte le aurore si accendono costantemente sia di giorno che di notte mentre la luce solare interagisce con gli atomi e le molecole che compongono l'atmosfera. Il bagliore diurno e notturno è causato da meccanismi leggermente diversi: il primo si verifica quando le molecole spezzate si ricombinano, mentre il secondo si forma quando la luce del Sole eccita direttamente atomi e molecole, come azoto e ossigeno. Su Venere, i campi magnetici del Sole sembrano aiutare l'innesco di aurore atmosferiche. Su Giove, il materiale che fuoriesce dalla sua luna vulcanica, Io, forma l'aurora più potente del Sistema Solare e porta un enorme riscaldamento nelle regioni polari del pianeta. Su Saturno le aurore sono alimentate dalle interazioni del vento solare con il campo magnetico del pianeta ma anche dai venti atmosferici ad alta quota. E anche Urano e Nettuno hanno le loro aurore causate dalle interazioni con il vento solare, nonostante si trovino molto lontani dal Sole 

Tutti questi esempi ci dicono che, in generale, sono necessarie due cose per la produzione di questo tipo di aurora: un campo magnetico e un'atmosfera.

Mercurio ha un campo magnetico globale ma è piuttosto debole. Inoltre, è troppo vicino al Sole per riuscire a mantenere una vera atmosfera. Ha una sottile esosfera sollevata dal vento solare e dal bombardamento di micrometeoroidi. Questa esosfera è legata gravitazionalmente al pianeta ma è troppo diffusa per comportarsi come un gas. Per questo motivo, gli scienziati ritenevano improbabile che Mercurio avesse l'aurora. Tuttavia, è stato notato che occasionalmente la sua superficie emette fluorescenza ai raggi X.

La missione BepiColombo è composta da due veicoli spaziali, il Mercury Planetary Orbiter (MPO) guidato dall'ESA, e il Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO, chiamato Mio dopo il lancio) guidato dalla JAXA, che attualmente viaggiano insieme in configurazione di crociera. Durante il primo sorvolo di Mercurio, Bepicolombo è volata a soli 200 chilometri sopra la superficie del pianeta. Le osservazioni degli strumenti al plasma a bordo di Mio hanno consentito le prime osservazioni simultanee di diversi tipi di particelle cariche provenienti dal vento solare in prossimità di Mercurio.
La sonda si è avvicinata sul lato notturno dell'emisfero settentrionale e ha raggiunto il  massimo avvicinamento sull'alba dell'emisfero meridionale. Ha osservato la magnetosfera sul lato diurno dell'emisfero australe, quindi è passata alla magnetosfera posteriore al vento solare. I suoi strumenti hanno osservato con successo la struttura e i confini della magnetosfera, compresa la magnetopausa e il bow shock. I dati hanno anche mostrato che la magnetosfera era in uno stato insolitamente compresso, molto probabilmente a causa delle condizioni di alta pressione del vento solare.

L'accelerazione degli elettroni sembra verificarsi a causa dei processi del plasma all'alba nella magnetosfera di Mercurio.
Gli elettroni ad alta energia vengono trasportati dalla regione in coda verso il pianeta, dove alla fine piovono sulla superficie. Non ostacolati da un'atmosfera, interagiscono direttamente con il materiale superficiale e provocano l'emissione di raggi X e un bagliore aurorale.

Sebbene le aurore fossero già state osservate su Mercurio dalla missione MESSENGER della NASA, i processi che innescano la fluorescenza dei raggi X sulla superficie non erano stati ben compresi e testimoniati direttamente fino ad oggi.