水星论文期刊

2019年3月12日，今日物理学杂志发表论文，其中指出，虽然在轨道运行时金星是最靠近地球的行星，但水星确实与地球保持最近距离时间最长的行星。

一直以来我们人类都认为金星是距离地球最近的一颗行星，甚至某些同行的文章，还会起这样的标题“明明金星距离地球最近，科学家为何对火星情有独钟？”，其实不然，随着科学的日新月异，现在科学家又用新的算法得出了一个新的结论，距离地球最近的行星不再是金星，而是距离太阳最近的水星，他们的答案让人意外，恐怕很多人都想不到，至于为何，请看下文。

在3月12号的那一天，欧美的著名杂志“水星”上就发表了一篇评论性的文章，这篇文章引起了轩然大波，在欧美国家的科学界广为流传，而文章中最为颠覆人们认识的是，虽然金星在其轨道上掠过时是离地球最近的行星，但水星有可能是离地球最近行星。

至于原因，主要是因为在往常的科普中，行星距离通常使用“平均距离”来计算，这使得在计算距离地球最近的行星时，金星占了很大的一个“便宜”，具体来说，当人们计算两颗行星之间的距离时，其计算方法是两颗行星分别与太阳的距离之差计算所得，并只取两颗行星之间的距离最短值。

不过，这种方法并不准确，由于行星的运动速度各不相同，当金星在太阳的另一边时，此时的金星距离地球就非常的遥远，不能再称之为距离地球最近的行星了，为了严谨，为了科学，阿拉巴马大学研究人员就设计了一种新的计算方法，这种方法又被称之为点圆法，以此来测量行星之间的距离。

这种方法将每颗行星轨道上一堆点之间的距离进行平均计算，实际上将时间因素也考虑进来。然而用这种方法测量时，科学家们发现水星在绝大部分时间内都是距离地球最近的一颗行星，没有之一，除此以外，水星距离土星海王星以及其他行星时也是最近的一颗行星。

为了科学的严谨性，研究人员，甚至每隔24小时就会绘制这些行星在其轨道上的位置，并且利用超级计算机模拟1万年以后的结果，最终才得出这样的一个结论。

北大研究团队研究水星时有重大发现

北大研究团队研究水星时有重大发现，北京大学地球与空间科学学院的宗秋刚教授团队关于水星存在磁暴与环电流的文章，日前正式发表。北大研究团队研究水星时有重大发现。

北京大学地球与空间科学学院宗秋刚教授研究团队发现水星存在磁暴与环电流，破解了近半个世纪的谜题。相关研究成果于17日分别发表在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）和《中国科学：技术科学》（Sci China Tech Sci）上。

磁暴是太阳风与磁层相互作用所引发的磁场扰动，是众多空间天气事件中最具危害性的一种。目前，土星、木星磁层中的数千到数十万电子伏特的捕获离子所组成的环电流的存在已在观测中得到证实。因此，与之相关的磁暴现象能否发生在太阳系乃至整个宇宙中其他行星的磁层，成为目前极具研究价值的课题之一。

在太阳系中，水星是距离太阳最近也是最小的行星，拥有和地球类似的内禀磁场，可抵御太阳风冲击并形成磁层。然而，由于水星的磁场强度不到地球磁场的百分之一，它所支撑的磁层在空间尺度上要比地球磁层小数十倍。此外，水星的大气层近乎逃逸殆尽，无法提供显著电离层。此前，学界普遍认为，水星磁层过小，无法容纳被稳定捕获的能量粒子，因此倾向于认为水星不存在环电流和磁暴。

宗秋刚团队综合分析了美国国家航空航天局信使号（MESSENGER）水星探测器为期5年的观测数据。观测显示，水星的环电流在向阳面呈分叉状，与地球的赤道环电流在形态上有很大差异，这一形态与试验粒子模拟结果高度吻合。这主要是在强太阳风压缩水星磁层的条件下，质子经历Shabansky轨道导致的。这些观测结果为水星磁层中存在环电流提供了确凿证据。研究显示，水星磁层中存在类似地球磁层中的环电流，并引发水星磁暴。研究结果对理解太阳系行星演化有重要启示。

北京大学地球与空间科学学院的宗秋刚教授团队关于水星存在磁暴与环电流的文章，日前分别被国际学术期刊《自然.通讯》 (Nature Communications) 和《中国科学：技术科学》英文刊（Sci China Tech Sci）正式发表。

磁暴是最具危害性的空间天气事件，一直以来磁暴这一现象是否仅发生在地球磁层是空间科学领域最受关注的问题之一。近期，北京大学宗秋刚教授团队的观测研究显示，水星磁层中也会存在类似地球磁层中的环电流，并引发水星磁暴，终结了长达近半个世纪的谜题。这是第一次在地球之外的行星发现存在磁暴现象，对于理解太阳系行星演化有重要的启示。

磁暴是太阳风与磁层相互作用所引发的磁场扰动，它是众多空间天气事件中最具危害性的一种。一场大规模的磁暴（如1859年的卡灵顿事件）会对人类现代科技文明，包括航天器、供电线路、输油管道以及通讯系统，造成数以万亿计的损失。最近，今年2月初（2月3-5日）， 一次地球磁暴过程使得SpaceX 发射的49颗卫星中的40颗卫星毁坏。Chapman和Ferraro最早对这一现象做出物理上的解释：引发磁暴的是空间中的环电流，它由环绕地球运动的高能带电粒子所驱动。目前，部分行星（土星、木星）磁层中的数千到数十万电子伏特的捕获离子所组成的环电流的.存在已经在观测中得到了证实。因此，与之相关的磁暴现象能否发生在太阳系、乃至整个宇宙中其他行星的磁层中成为目前极具研究价值的课题。

那么，水星磁层是否存在环电流和磁暴呢？水星作为太阳系中距离太阳最近也是最小的一颗行星，拥有和地球类似的内禀磁场，可以抵御太阳风的冲击并形成磁层。然而，由于水星的磁场强度只有不到地球磁场的百分之一，它所支撑的磁层在空间尺度上要比地球磁层小数十倍。此外，水星的大气层在太阳的炙烤之下也近乎逃逸殆尽，无法提供显著的电离层。悬殊的尺度差异以及电离层的缺失使得水星在比较行星研究中具有独特的地位。

图1 水星磁层示意图

尽管水星磁层中存在着诸多与地球磁层极为相似的动力学过程，如磁层亚暴、磁尾粒子向内磁层的注入等。此前，学界普遍认为水星磁层过小，无法容纳被稳定捕获的能量粒子，因此倾向于认为水星不存在环电流和磁暴。近期，北京大学地球与空间科学学院宗秋刚教授团队，综合分析了美国国家航空航天局信使号（MESSENGER）飞船为期五年的观测数据。得益于信使号飞船优越的仪器设备、轨道设计和调整规划，水星磁层中的能量粒子具有高时空覆盖率，有利于研究水星能量粒子的全空间分布特征。统计结果清晰地呈现出环电流这一结构。观测显示，水星的环电流在向阳面呈分叉状（即环电流在向阳面出现在中高纬区域而非赤道处，如图1所示），与地球的赤道环电流在形态上有很大差异。这一奇特的形态与试验粒子模拟结果高度吻合。这主要是由于在强太阳风压缩水星磁层的条件下，质子经历Shabansky轨道导致的（如图1所示）。这些观测结果为水星磁层中环电流的存在提供了确凿证据，终结了持续半个多世纪的谜题。

目前观测到的水星环电流质子总能量的动态范围为焦耳到焦耳，巨大的变化幅度足以支持磁暴活动的发生。根据推算，环电流所导致的地磁场下降在 nT 到 nT之间，同比例相当于地球上Dst(Disturbance storm time, Dst)为约30 nT 到500 nT的大磁暴。此外，信使号在临近任务结束、撞击水星之前，为水星磁暴的存在提供了关键性的磁场观测证据。这一阶段的卫星轨道距离水星表面足够近，为探测地球以外的磁暴现象提供了绝佳的机会。在一次日冕物质抛射事件经过水星期间，利用一套成熟的天基地磁扰动指数算法分析了水星磁场在此期间的演化过程。这一演化过程与地球上的磁暴高度相似，包含了磁场突然下降的主相以及磁场缓慢增长回归到正常水平的恢复相。主相期间的磁场下降峰值超过60 nT，接近水星内禀磁场的三分之一。这一观测说明，尽管水星磁层与地球磁层之间存在着极大的差异，与地球上相似、甚至更为剧烈的磁暴现象依然可以在水星上发生。

北京大学地球与空间科学学院空间物理与应用技术研究所博士生赵玖桐为文章Zhao et al. (2022)的第一作者，北京大学宗秋刚教授与乐超研究员为文章的共同通讯作者。北京大学宗秋刚教授与中国极地研究所刘建军研究员为文章Zong et al. (2022)的第一作者和通讯作者。北京大学傅绥燕教授与宗秋刚教授为上述文章写了论评。这项工作得到了国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项、民用航天技术预先研究项目、国家自然科学基金委的经费支持。

是火星，这个理论早就发现了，因此目前大家都是去探测火星，因为它的距离很近。