水星磁场中有一种电磁波，可以加速电子和产生极光
水星是太阳系中最靠近太阳的行星，所以它经常受到太阳风的冲击。太阳风是一种高速的等离子体流，它从太阳表面喷射出来，带走了太阳的一部分物质和能量。水星的探索始于上世纪七十年代，当时水手10号航天器两次飞越了这颗行星，发现了水星有一个磁场，这意味着它有一个磁层，就像地球一样。在本世纪初，信使号宇宙飞船对水星进行了更详细的观测，揭示了水星的磁场中心并不在行星中心，而是向北偏移了约0.2个水星半径（RM是水星的半径，约为2,439.7公里）。
BepiColombo国际水星探测项目是目前正在进行的第三次水星探测，它由两个航天器组成：Mio航天器（项目科学家村上博士）和水星行星轨道飞行器（MPO）。Mio航天器与前两次探测不同之处在于，它携带了一套先进的等离子波仪器（PWI，首席研究员Kasaba教授），专门设计用于首次研究水星周围的电磁环境。电磁波是一种由电场和磁场组成的波动现象，它可以有效地加速等离子体粒子（电子、质子、较重的离子），因此，它们在水星的磁层动力学中起着重要作用。
本研究是由来自日本和法国的多所机构和公司的科学家组成的国际联合研究小组进行，并得到了法国宇宙空间研究中心（法国航天局）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）空间与宇宙航空科学研究所的支持。
Mio航天器于2018年10月20日发射，目前正在前往水星的途中，计划于2025年2月最后一次进入地球轨道。由于太阳对水星有很强的引力作用，因此将Mio送入水星轨道在技术上非常困难，但计划在地球、金星和水星进行几次飞越）后，于2021年进入水星轨道进行重力辅助机动。在2022年10月23日和2023年4月6日发生的水星飞越期间，Mio航天器在大约200公里的高度接近了这颗行星。由于航天器在前往水星的旅程中处于收起状态，因此测量电磁波会受到航天器本身产生的干扰噪声。
然而，Mio航天器的开发是为了尽可能降低其电磁噪声水平，因此已通过EMC测试被认证为电磁清洁航天器）。日本和法国共同开发了能够应对水星灼热环境的交流磁场传感器，并允许在水星周围进行首次电磁波观测，而不会受到航天器本身噪声的污染。
这些观测揭示了合唱波的局部产生，这是一种在地球磁层中经常检测到的电磁波。自从2000年代设计Mio航天器的等离子波仪器（PWI）以来，人们就预测了水星磁层中合唱波的存在（频率范围、强度等）。包括金泽大学的尾崎博士在内的国际联合研究小组最惊讶的是合唱波的“空间定位”，在两次飞越期间，仅在水星磁层黎明部分的一个极其有限的区域检测到合唱波。
这意味着有一种物理机制倾向于只在水星磁层的黎明部分产生合唱波。为了调查黎明区产生合唱波的原因，国际联合研究小组利用京都大学大村教授建立的合唱波非线性增长理论，评估了被太阳风强烈扭曲的水星磁场曲率的影响。夜间扇区的磁力线被太阳风压拉伸，而黎明扇区的磁力线受到的影响较小，导致曲率较小。
基于磁力线的特性和非线性增长理论，揭示了在黎明扇区，能量沿着磁力线有效地从电子传递到电磁波，创造了有利于合唱波产生的条件。使用高性能计算机对水星环境的数值模拟也证实了这种效果。在这项研究中，由于“航天器观测”，“理论”和“模拟”之间的强大协同作用，该团队揭示了受太阳风强烈影响的行星磁力线对合唱波产生局部的重要性。
在水星飞越观测中，该团队准备使用计划中的Mio航天器探测器在水星周围的轨道上进行全面的电磁环境调查。在计划时预计会检测到的合唱波以相当局部的方式观察到，即在水星的黎明部分，这是没有预料到的，结果显示了水星磁层的各种波动。
数据表明，水星上存在可以产生合波的高能电子，产生合唱波有效加速的有源电子的可能性，以及由合唱波驱动的从水星磁层强行沉淀到水星表面的电子产生X射线极光。这些观测结果将对水星环境的科学理解产生广泛影响。
Mio宇宙飞船正在对水星进行全面探索的途中。根据飞越观测，我们发现磁场失真是合唱波局部（即黎明扇区）产生的原因。Mio航天器在水星轨道上对电磁环境的全面探索不仅有助于了解整个水星磁层的等离子体环境，还有助于深入了解磁层动力学。磁层充当屏障，防止太阳系行星上危及生命的宇宙辐射。比较来自水星和地球的数据将加强我们对地球家园这一重要天然屏障的理解。