Skip to main content
Log in

Pre-flight Calibration and Near-Earth Commissioning Results of the Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE) Onboard MMO (Mio)

  • Published:
Space Science Reviews Aims and scope Submit manuscript

Abstract

BepiColombo Mio (previously called MMO: Mercury Magnetospheric Orbiter) was successfully launched by Ariane 5 from Kourou, French Guiana on October 20, 2018. The Mercury Plasma/Particle Experiment (MPPE) is a comprehensive instrument package onboard Mio spacecraft used for plasma, high-energy particle and energetic neutral atom measurements. It consists of seven sensors including two Mercury Electron Analyzers (MEA1 and MEA2), Mercury Ion Analyzer (MIA), Mass Spectrum Analyzer (MSA), High Energy Particle instrument for electron (HEP-ele), High Energy Particle instrument for ion (HEP-ion), and Energetic Neutrals Analyzer (ENA). Significant efforts were made pre-flight to calibrate all of the MPPE sensors at the appropriate facilities on the ground. High voltage commissioning of MPPE analyzers was successfully performed between June and August 2019 and in February 2020 following the completion of the low voltage commissioning in November 2018. Although all of the MPPE analyzers are now ready to begin observation, the full service performance has been delayed until Mio’s arrival at Mercury. Most of the fields of view (FOVs) of the MPPE analyzers are blocked by the thermal shield surrounding the Mio spacecraft during the cruising phase. Together with other instruments on Mio including Magnetic Field Investigation (MGF) and Plasma Wave Investigation (PWI) that measure plasma field parameters, MPPE will contribute to the comprehensive understanding of the plasma environment around Mercury when BepiColombo/Mio begins observation after arriving at the planet Mercury in December 2025.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Fig. 9
Fig. 10
Fig. 11
Fig. 12
Fig. 13
Fig. 14
Fig. 15
Fig. 16
Fig. 17
Fig. 18
Fig. 19
Fig. 20
Fig. 21
Fig. 22
Fig. 23
Fig. 24
Fig. 25
Fig. 26
Fig. 27
Fig. 28
Fig. 29
Fig. 30
Fig. 31
Fig. 32
Fig. 33
Fig. 34
Fig. 35
Fig. 36
Fig. 37
Fig. 38
Fig. 39
Fig. 40
Fig. 41
Fig. 42
Fig. 43
Fig. 44
Fig. 45
Fig. 46
Fig. 47
Fig. 48
Fig. 49
Fig. 50
Fig. 51
Fig. 52
Fig. 53
Fig. 54
Fig. 55
Fig. 56
Fig. 57
Fig. 58
Fig. 59
Fig. 60
Fig. 61
Fig. 62
Fig. 63
Fig. 64
Fig. 65
Fig. 66
Fig. 67
Fig. 68
Fig. 69
Fig. 70
Fig. 71
Fig. 72
Fig. 73
Fig. 74
Fig. 75
Fig. 76
Fig. 77
Fig. 78
Fig. 79
Fig. 80
Fig. 81
Fig. 82

Similar content being viewed by others

References

  • T. Amano, T. Katou, N. Kitamura, M. Oka, Y. Matsumoto, M. Hoshino, Y. Saito, S. Yokota, B.L. Giles, W.R. Paterson, C.T. Russell, O. Le Contel, R.E. Ergun, P.A. Lindqvist, D.L. Turner, J.F. Fennell, J.B. Blake, Observational evidence for stochastic shock drift acceleration of electrons at the Earth’s bow shock. Phys. Rev. Lett. 124, 065,101 (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.065101

    Article  Google Scholar 

  • B.J. Anderson, C.L. Johnson, H. Korth, M.E. Purucker, R.M. Winslow, J.A. Slavin, S.C. Solomon, R.L. McNutt, J.M. Raines, T.H. Zurbuchen, The global magnetic field of Mercury from MESSENGER orbital observations. Science 333(6051), 1859–1862 (2011). https://doi.org/10.1126/science.1211001

    Article  ADS  Google Scholar 

  • B.J. Anderson, C.L. Johnson, H. Korth, J.A. Slavin, R.M. Winslow, R.J. Phillips, R.L. McNutt Jr., S.C. Solomon, Steady-state field-aligned currents at Mercury. Geophys. Res. Lett. 41(21), 7444–7452 (2014). https://doi.org/10.1002/2014GL061677

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S. Barabash, R. Lundin, H. Andersson, K. Brinkfeldt, A. Grigoriev, H. Gunell, M. Holmström, M. Yamauchi, K. Asamura, P. Bochsler, P. Wurz, R. Cerulli-Irelli, A. Mura, A. Milillo, M. Maggi, S. Orsini, A.J. Coates, D.R. Linder, D.O. Kataria, C.C. Curtis, K.C. Hsieh, B.R. Sandel, R.A. Frahm, J.R. Sharber, J.D. Winningham, M. Grande, E. Kallio, H. Koskinen, P. Riihelä, W. Schmidt, T. Säles, J.U. Kozyra, N. Krupp, J. Woch, S. Livi, J.G. Luhmann, S. McKenna-Lawlor, E.C. Roelof, D.J. Williams, J.A. Sauvaud, A. Fedorov, J.J. Thocaven, The Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms (ASPERA-3) for the Mars Express mission. Space Sci. Rev. 126(1), 113–164 (2006). https://doi.org/10.1007/s11214-006-9124-8

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S. Barabash, J.A. Sauvaud, H. Gunell, H. Andersson, A. Grigoriev, K. Brinkfeldt, M. Holmström, R. Lundin, M. Yamauchi, K. Asamura, W. Baumjohann, T. Zhang, A. Coates, D. Linder, D. Kataria, C. Curtis, K. Hsieh, B. Sandel, A. Fedorov, C. Mazelle, J.J. Thocaven, M. Grande, H.E. Koskinen, E. Kallio, T. Säles, P. Riihela, J. Kozyra, N. Krupp, J. Woch, J. Luhmann, S. McKenna-Lawlor, S. Orsini, R. Cerulli-Irelli, M. Mura, M. Milillo, M. Maggi, E. Roelof, P. Brandt, C. Russell, K. Szego, J. Winningham, R. Frahm, J. Scherrer, J. Sharber, P. Wurz, P. Bochsler, The Analyser of Space Plasmas and Energetic Atoms (ASPERA-4) for the Venus Express mission. Planet. Space Sci. 55(12), 1772–1792 (2007). https://doi.org/10.1016/j.pss.2007.01.014. The Planet Venus and the Venus Express Mission, Part 2

    Article  ADS  Google Scholar 

  • T.A. Cassidy, A.W. Merkel, M.H. Burger, M. Sarantos, R.M. Killen, W.E. McClintock, R.J. Vervack, Mercury’s seasonal sodium exosphere: MESSENGER orbital observations. Icarus 248, 547–559 (2015). https://doi.org/10.1016/j.icarus.2014.10.037

    Article  ADS  Google Scholar 

  • E.W. Cliver, J. Feynman, H.B. Garrett, An estimate of the maximum speed of the solar wind, 1938–1989. J. Geophys. Res. Space Phys. 95(A10), 17,103–17,112 (1990). https://doi.org/10.1029/JA095iA10p17103

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.C. Delcourt, S. Grimald, F. Leblanc, J.J. Berthelier, A. Millilo, A. Mura, S. Orsini, T.E. Moore, A quantitative model of the planetary \(\text{Na}^{+}\) contribution to Mercury’s magnetosphere. Ann. Geophys. 21(8), 1723–1736 (2003). https://doi.org/10.5194/angeo-21-1723-2003

    Article  Google Scholar 

  • D. Delcourt, Y. Saito, F. Leblanc, C. Verdeil, S. Yokota, M. Fraenz, H. Fischer, B. Fiethe, B. Katra, D. Fontaine, J.M. Illiano, J.J. Berthelier, N. Krupp, U. Buhrke, F. Bubenhagen, H. Michalik, The Mass Spectrum Analyzer (MSA) on board the BepiColombo MMO. J. Geophys. Res. Space Phys. 121(7), 6749–6761 (2016). https://doi.org/10.1002/2016JA022380

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M.I. Desai, G.M. Mason, M.E. Wiedenbeck, C.M.S. Cohen, J.E. Mazur, J.R. Dwyer, R.E. Gold, S.M. Krimigis, Q. Hu, C.W. Smith, R.M. Skoug, Spectral properties of heavy ions associated with the passage of interplanetary shocks at 1 AU. Astrophys. J. 611(2), 1156–1174 (2004). https://doi.org/10.1086/422211

    Article  ADS  Google Scholar 

  • R.M. Dewey, J.A. Slavin, J.M. Raines, D.N. Baker, D.J. Lawrence, Energetic electron acceleration and injection during dipolarization events in Mercury’s magnetotail. J. Geophys. Res. Space Phys. 122(12), 12,170–12,188 (2017). https://doi.org/10.1002/2017JA024617

    Article  Google Scholar 

  • G.A. DiBraccio, J.A. Slavin, S.M. Imber, D.J. Gershman, J.M. Raines, C.M. Jackman, S.A. Boardsen, B.J. Anderson, H. Korth, T.H. Zurbuchen, R.L. McNutt, S.C. Solomon, MESSENGER observations of flux ropes in Mercury’s magnetotail. Planet. Space Sci. 115, 77–89 (2015). https://doi.org/10.1016/j.pss.2014.12.016. Solar wind interaction with the terrestrial planets

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S. Fatemi, A.R. Poppe, S. Barabash, Hybrid simulations of solar wind proton precipitation to the surface of Mercury. J. Geophys. Res. Space Phys. 125(4), e2019JA027706 (2020). https://doi.org/10.1029/2019JA027706

    Article  ADS  Google Scholar 

  • L.A. Fisk, G. Gloeckler, Particle acceleration in the heliosphere: implications for astrophysics. Space Sci. Rev. 173(1), 433–458 (2012). https://doi.org/10.1007/s11214-012-9899-8

    Article  ADS  Google Scholar 

  • N.J. Fox, M.C. Velli, S.D. Bale, R. Decker, A. Driesman, R.A. Howard, J.C. Kasper, J. Kinnison, M. Kusterer, D. Lario, M.K. Lockwood, D.J. McComas, N.E. Raouafi, A. Szabo, The Solar Probe Plus mission: humanity’s first visit to our star. Space Sci. Rev. 204(1), 7–48 (2016). https://doi.org/10.1007/s11214-015-0211-6

    Article  ADS  Google Scholar 

  • H.O. Funsten, S.M. Ritzau, R.W. Harper, Negative helium ions exiting a carbon foil at keV energies. Phys. Rev. B 63, 155,416 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.155416

    Article  Google Scholar 

  • H.O. Funsten, R.W. Harper, D.J. McComas, Absolute detection efficiency of space-based ion mass spectrometers and neutral atom imagers. Rev. Sci. Instrum. 053, 301 (2005). https://doi.org/10.1063/1.1889465

    Article  Google Scholar 

  • Y. Futaana, S. Barabash, M. Wieser, P. Wurz, D. Hurley, M. Horányi, U. Mall, N. Andre, N. Ivchenko, J. Oberst, K. Retherford, A. Coates, A. Masters, J.E. Wahlund, E. Kallio, SELMA mission: how do airless bodies interact with space environment? The Moon as an accessible laboratory. Planet. Space Sci. 156, 23–40 (2018). https://doi.org/10.1016/j.pss.2017.11.002. Dust, Atmosphere, and Plasma Environment of the Moon and Small Bodies

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A.B. Galvin, L.M. Kistler, M.A. Popecki, C.J. Farrugia, K.D.C. Simunac, L. Ellis, E. Möbius, M.A. Lee, M. Boehm, J. Carroll, A. Crawshaw, M. Conti, P. Demaine, S. Ellis, J.A. Gaidos, J. Googins, M. Granoff, A. Gustafson, D. Heirtzler, B. King, U. Knauss, J. Levasseur, S. Longworth, K. Singer, S. Turco, P. Vachon, M. Vosbury, M. Widholm, L.M. Blush, R. Karrer, P. Bochsler, H. Daoudi, A. Etter, J. Fischer, J. Jost, A. Opitz, M. Sigrist, P. Wurz, B. Klecker, M. Ertl, E. Seidenschwang, R.F. Wimmer-Schweingruber, M. Koeten, B. Thompson, D. Steinfeld, The Plasma and Suprathermal Ion Composition (PLASTIC) investigation on the STEREO observatories. Space Sci. Rev. 136(1), 437–486 (2008). https://doi.org/10.1007/s11214-007-9296-x

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.J. Gershman, J.A. Slavin, J.M. Raines, T.H. Zurbuchen, B.J. Anderson, H. Korth, D.N. Baker, S.C. Solomon, Ion kinetic properties in Mercury’s pre-midnight plasma sheet. Geophys. Res. Lett. 41(16), 5740–5747 (2014). https://doi.org/10.1002/2014GL060468

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.J. Gershman, J.M. Raines, J.A. Slavin, T.H. Zurbuchen, T. Sundberg, S.A. Boardsen, B.J. Anderson, H. Korth, S.C. Solomon, MESSENGER observations of multiscale Kelvin–Helmholtz vortices at Mercury. J. Geophys. Res. Space Phys. 120(6), 4354–4368 (2015). https://doi.org/10.1002/2014JA020903

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M. Grande, Investigation of magnetospheric interactions with the Hermean surface. Adv. Space Res. 19(10), 1609–1614 (1997). https://doi.org/10.1016/S0273-1177(97)00374-8. Proceedings of the BO.1 Symposium of COSPAR Scientific Commission B

    Article  ADS  Google Scholar 

  • H. Hasegawa, M. Fujimoto, T.D. Phan, H. Rème, A. Balogh, M.W. Dunlop, C. Hashimoto, R. TanDokoro, Transport of solar wind into Earth’s magnetosphere through rolled-up Kelvin–Helmholtz vortices. Nature 430(7001), 755–758 (2004). https://doi.org/10.1038/nature02799

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D. Heyner, C. Nabert, E. Liebert, K.H. Glassmeier, Concerning reconnection-induction balance at the magnetopause of Mercury. J. Geophys. Res. Space Phys. 121(4), 2935–2961 (2016). https://doi.org/10.1002/2015JA021484

    Article  ADS  Google Scholar 

  • G.C. Ho, D. Lario, R.B. Decker, C.W. Smith, Q. Hu, Transient shocks and associated energetic particle distributions observed by ACE during cycle 23. AIP Conf. Proc. 1039(1), 184–189 (2008). https://doi.org/10.1063/1.2982443

    Article  ADS  Google Scholar 

  • G.C. Ho, S.M. Krimigis, R.E. Gold, D.N. Baker, J.A. Slavin, B.J. Anderson, H. Korth, R.D. Starr, D.J. Lawrence, R.L. McNutt, S.C. Solomon, MESSENGER observations of transient bursts of energetic electrons in Mercury’s magnetosphere. Science 333(6051), 1865–1868 (2011). https://doi.org/10.1126/science.1211141

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D. Hovestadt, M. Hilchenbach, A. Bürgi, B. Klecker, P. Laeverenz, M. Scholer, H. Grünwaldt, W.I. Axford, S. Livi, E. Marsch, B. Wilken, H.P. Winterhoff, F.M. Ipavich, P. Bedini, M.A. Coplan, A.B. Galvin, G. Gloeckler, P. Bochsler, H. Balsiger, J. Fischer, J. Geiss, R. Kallenbach, P. Wurz, K.U. Reiche, F. Gliem, D.L. Judge, H.S. Ogawa, K.C. Hsieh, E. Möbius, M.A. Lee, G.G. Managadze, M.I. Verigin, M. Neugebauer, CELIAS—charge, element and isotope analysis system for SOHO. Sol. Phys. 162(1), 441–481 (1995). https://doi.org/10.1007/BF00733436

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A.J. Hundhausen, T.E. Holzer, B.C. Low, Do slow shocks precede some coronal mass ejections? J. Geophys. Res. Space Phys. 92(A10), 11,173–11,178 (1987). https://doi.org/10.1029/JA092iA10p11173

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S.M. Imber, J.A. Slavin, MESSENGER observations of magnetotail loading and unloading: implications for substorms at Mercury. J. Geophys. Res. Space Phys. 122(11), 11,402–11,412 (2017). https://doi.org/10.1002/2017JA024332

    Article  Google Scholar 

  • S.M. Imber, J.A. Slavin, S.A. Boardsen, B.J. Anderson, H. Korth, R.L. McNutt Jr., S.C. Solomon, MESSENGER observations of large dayside flux transfer events: do they drive Mercury’s substorm cycle? J. Geophys. Res. Space Phys. 119(7), 5613–5623 (2014). https://doi.org/10.1002/2014JA019884

    Article  ADS  Google Scholar 

  • W.H. Ip, The sodium exosphere and magnetosphere of Mercury. Geophys. Res. Lett. 13(5), 423–426 (1986). https://doi.org/10.1029/GL013i005p00423

    Article  ADS  Google Scholar 

  • E. Kallio, P. Janhunen, Solar wind and magnetospheric ion impact on Mercury’s surface. Geophys. Res. Lett. 30(17), 1877 (2003). https://doi.org/10.1029/2003GL017842

    Article  ADS  Google Scholar 

  • Y. Kasaba, T. Takashima, S. Matsuda, S. Eguchi, M. Endo, T. Miyabara, M. Taeda, Y. Kuroda, Y. Kasahara, T. Imachi, H. Kojima, S. Yagitani, M. Moncuquet, J.E. Wahlund, A. Kumamoto, A. Matsuoka, W. Baumjohann, S. Yokota, K. Asamura, Y. Saito, D. Delcourt, M. Hirahara, S. Barabash, N. Andre, M. Kobayashi, I. Yoshikawa, G. Murakami, H. Hayakawa, Mission data processor aboard the BepiColombo Mio spacecraft: design and scientific operation concept. Space Sci. Rev. 216(3), 34 (2020). https://doi.org/10.1007/s11214-020-00658-x

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S. Kasahara, T. Mitani, K. Ogasawara, T. Takashima, M. Hirahara, K. Asamura, Application of single-sided silicon strip detector to energy and charge state measurements of medium energy ions in space. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A, Accel. Spectrom. Detect. Assoc. Equip. 603(3), 355–360 (2009). https://doi.org/10.1016/j.nima.2009.02.004

    Article  ADS  Google Scholar 

  • Y. Kazama, S. Barabash, M. Wieser, K. Asamura, P. Wurz, A LENA instrument onboard BepiColombo and Chandrayaan-1. AIP Conf. Proc. 1144(1), 109–113 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3169273

    Article  ADS  Google Scholar 

  • R.M. Killen, A.E. Potter, P. Reiff, M. Sarantos, B.V. Jackson, P. Hick, B. Giles, Evidence for space weather at Mercury. J. Geophys. Res., Planets 106(E9), 20,509–20,525 (2001). https://doi.org/10.1029/2000JE001401

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D. Lario, Advances in modeling gradual solar energetic particle events. Adv. Space Res. 36(12), 2279–2288 (2005). https://doi.org/10.1016/j.asr.2005.07.081. Space Weather

    Article  MathSciNet  ADS  Google Scholar 

  • D. Lario, G.C. Ho, R.B. Decker, E.C. Roelof, M.I. Desai, C.W. Smith, ACE observations of energetic particles associated with transient interplanetary shocks. AIP Conf. Proc. 679(1), 640–643 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1618676

    Article  ADS  Google Scholar 

  • B. Lavraud, J.E. Borovsky, Altered solar wind-magnetosphere interaction at low Mach numbers: coronal mass ejections. J. Geophys. Res. Space Phys. 113(A9), A00B08 (2008). https://doi.org/10.1029/2008JA013192

    Article  ADS  Google Scholar 

  • F. Leblanc, R. Johnson, Mercury exosphere I. Global circulation model of its sodium component. Icarus 209(2), 280–300 (2010). https://doi.org/10.1016/j.icarus.2010.04.020

    Article  ADS  Google Scholar 

  • E. Liljeblad, T. Sundberg, T. Karlsson, A. Kullen, Statistical investigation of Kelvin–Helmholtz waves at the magnetopause of Mercury. J. Geophys. Res. Space Phys. 119(12), 9670–9683 (2014). https://doi.org/10.1002/2014JA020614

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S.T. Lindsay, M.K. James, E.J. Bunce, S.M. Imber, H. Korth, A. Martindale, T.K. Yeoman, MESSENGER X-ray observations of magnetosphere–surface interaction on the nightside of Mercury. Planet. Space Sci. 125, 72–79 (2016). https://doi.org/10.1016/j.pss.2016.03.005

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S. Machida, Y. Saito, Y. Ito, H. Hayakawa, Instrumental characteristics of the Electron Spectrum Analyzer (ESA) onboard the Planet-B mission and observational perspectives of the electron measurements. Earth Planets Space 50(3), 207–211 (1998). https://doi.org/10.1186/BF03352105

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A. Marti, R. Schletti, P. Wurz, P. Bochsler, Calibration facility for solar wind plasma instrumentation. Rev. Sci. Instrum. 72(2), 1354–1360 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1340020

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S. Massetti, S. Orsini, A. Milillo, A. Mura, E.D. Angelis, H. Lammer, P. Wurz, Mapping of the cusp plasma precipitation on the surface of Mercury. Icarus 166(2), 229–237 (2003). https://doi.org/10.1016/j.icarus.2003.08.005

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A. Masters, T.D. Phan, S.V. Badman, H. Hasegawa, M. Fujimoto, C.T. Russell, A.J. Coates, M.K. Dougherty, The plasma depletion layer in Saturn’s magnetosheath. J. Geophys. Res. Space Phys. 119(1), 121–130 (2014). https://doi.org/10.1002/2013JA019516

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A. Milillo, P. Wurz, S. Orsini, D. Delcourt, E. Kallio, R.M. Killen, H. Lammer, S. Massetti, A. Mura, S. Barabash, G. Cremonese, I.A. Daglis, E. De Angelis, A.M. Di Lellis, S. Livi, V. Mangano, K. Torkar, Surface–exosphere–magnetosphere system of Mercury. Space Sci. Rev. 117(3), 397–443 (2005). https://doi.org/10.1007/s11214-005-3593-z

    Article  ADS  Google Scholar 

  • T. Mitani, T. Takashima, S. Kasahara, W. Miyake, M. Hirahara, High-energy electron experiments (HEP) aboard the ERG (ARASE) satellite. Earth Planets Space 70(1), 77 (2018). https://doi.org/10.1186/s40623-018-0853-1

    Article  ADS  Google Scholar 

  • W. Miyake, Y. Saito, M. Harada, M. Saito, H. Hasegawa, A. Ieda, S. Machida, T. Nagai, T. Nagatsuma, K. Seki, I. Shinohara, T. Terasawa, Mercury Ion Analyzer (MIA) onboard Mercury Magnetospheric Orbiter: MMO. Adv. Space Res. 43(12), 1986–1992 (2009). https://doi.org/10.1016/j.asr.2009.03.011

    Article  ADS  Google Scholar 

  • T. Mukai, K. Ogasawara, Y. Saito, An empirical model of the plasma environment around Mercury. Adv. Space Res. 33(12), 2166–2171 (2004). https://doi.org/10.1016/S0273-1177(03)00443-5. Mercury, Mars and Saturn

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D. Müller, R.G. Marsden, O.C. St Cyr, H.R. Gilbert (TSO Team), Solar orbiter. Sol. Phys. 285(1), 25–70 (2013). https://doi.org/10.1007/s11207-012-0085-7

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A. Mura, P. Wurz, H.I. Lichtenegger, H. Schleicher, H. Lammer, D. Delcourt, A. Milillo, S. Orsini, S. Massetti, M.L. Khodachenko, The sodium exosphere of Mercury: comparison between observations during Mercury’s transit and model results. Icarus 200(1), 1–11 (2009). https://doi.org/10.1016/j.icarus.2008.11.014

    Article  ADS  Google Scholar 

  • T.K.M. Nakamura, H. Hasegawa, W. Daughton, S. Eriksson, W.Y. Li, R. Nakamura, Turbulent mass transfer caused by vortex induced reconnection in collisionless magnetospheric plasmas. Nat. Commun. 8(1), 1582 (2017). https://doi.org/10.1038/s41467-017-01579-0

    Article  ADS  Google Scholar 

  • N.F. Ness, K.W. Behannon, R.P. Lepping, Y.C. Whang, K.H. Schatten, Magnetic field observations near Mercury: preliminary results from Mariner 10. Science 185(4146), 151–160 (1974). https://doi.org/10.1126/science.185.4146.151

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M.N. Nishino, M. Fujimoto, T.D. Phan, T. Mukai, Y. Saito, M.M. Kuznetsova, L. Rastätter, Anomalous flow deflection at Earth’s low-Alfvén-Mach-number bow shock. Phys. Rev. Lett. 101, 065,003 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.065003

    Article  Google Scholar 

  • K.W. Ogilvie, J.D. Scudder, R.E. Hartle, G.L. Siscoe, H.S. Bridge, A.J. Lazarus, J.R. Asbridge, S.J. Bame, C.M. Yeates, Observations at Mercury encounter by the plasma science experiment on Mariner 10. Science 185(4146), 145–151 (1974). https://doi.org/10.1126/science.185.4146.145

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M. Oka, F. Otsuka, S. Matsukiyo, L.B. Wilson, M.R. Argall, T. Amano, T.D. Phan, M. Hoshino, O.L. Contel, D.J. Gershman, J.L. Burch, R.B. Torbert, J.C. Dorelli, B.L. Giles, R.E. Ergun, C.T. Russell, P.A. Lindqvist, Electron scattering by low-frequency whistler waves at Earth’s bow shock. Astrophys. J. 886(1), 53 (2019). https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab4a81

    Article  ADS  Google Scholar 

  • E. Parker, Dynamics of the interplanetary gas and magnetic fields. Astrophys. J. 128, 664 (1958). https://doi.org/10.1086/146579

    Article  ADS  Google Scholar 

  • Y. Saito, J. Sauvaud, M. Hirahara, S. Barabash, D. Delcourt, T. Takashima, K. Asamura, Scientific objectives and instrumentation of Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE) onboard MMO. Planet. Space Sci. 58(1), 182–200 (2010a). https://doi.org/10.1016/j.pss.2008.06.003. Comprehensive Science Investigations of Mercury: The Scientific Goals of the Joint ESA/JAXA Mission BepiColombo

    Article  ADS  Google Scholar 

  • Y. Saito, S. Yokota, K. Asamura, T. Tanaka, M.N. Nishino, T. Yamamoto, Y. Terakawa, M. Fujimoto, H. Hasegawa, H. Hayakawa, M. Hirahara, M. Hoshino, S. Machida, T. Mukai, T. Nagai, T. Nagatsuma, T. Nakagawa, M. Nakamura, Ki. Oyama, E. Sagawa, S. Sasaki, K. Seki, I. Shinohara, T. Terasawa, H. Tsunakawa, H. Shibuya, M. Matsushima, H. Shimizu, F. Takahashi, In-flight performance and initial results of Plasma Energy Angle and Composition Experiment (PACE) on SELENE (Kaguya). Space Sci. Rev. 154(1), 265–303 (2010b). https://doi.org/10.1007/s11214-010-9647-x

    Article  ADS  Google Scholar 

  • Y. Saito, S. Yokota, K. Asamura, A. Krieger, High-speed MCP anodes for high time resolution low-energy charged particle spectrometers. J. Geophys. Res. Space Phys. 122(2), 1816–1830 (2017). https://doi.org/10.1002/2016JA023157

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M. Sarantos, J.A. Slavin, On the possible formation of Alfvén wings at Mercury during encounters with coronal mass ejections. Geophys. Res. Lett. 36(4), L04107 (2009). https://doi.org/10.1029/2008GL036747

    Article  ADS  Google Scholar 

  • J.A. Sauvaud, A. Fedorov, C. Aoustin, H.C. Seran, E.L. Comte, M. Petiot, J. Rouzaud, Y. Saito, J. Dandouras, C. Jacquey, P. Louarn, C. Mazelle, J.L. Médale, The Mercury electron analyzers for the Bepi Colombo mission. Adv. Space Res. 46(9), 1139–1148 (2010). https://doi.org/10.1016/j.asr.2010.05.022

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D. Schriver, P.M. Trávníc̆ek, B.J. Anderson, M. Ashour-Abdalla, D.N. Baker, M. Benna, S.A. Boardsen, R.E. Gold, P. Hellinger, G.C. Ho, H. Korth, S.M. Krimigis, R.L. McNutt Jr., J.M. Raines, R.L. Richard, J.A. Slavin, S.C. Solomon, R.D. Starr, T.H. Zurbuchen, Quasi-trapped ion and electron populations at Mercury. Geophys. Res. Lett. 38(23), L23103 (2011). https://doi.org/10.1029/2011GL049629

    Article  ADS  Google Scholar 

  • N. Shimada, T. Terasawa, M. Hoshino, T. Naito, H. Matsui, T. Koi, K. Maezawa, Diffusive shock acceleration of electrons at an interplanetary shock observed on 21 Feb 1994. Astrophys. Space Sci. 264(1), 481–488 (1998). https://doi.org/10.1023/A:1002499513777

    Article  ADS  Google Scholar 

  • I. Shinohara, M. Fujimoto, Formation of thin electron current layer associated with lower hybrid drift instability and its relation to quick reconnection triggering, in Frontiers in Magnetospheric Plasma Physics, ed. by M. Hoshohino, Y. Omura, L. Lanzerotti. COSPAR Colloquia Series, vol. 16 (Pergamon, Elmsford, 2005), pp. 123–129. https://doi.org/10.1016/S0964-2749(05)80019-8

    Chapter  Google Scholar 

  • P. Sigmund, A. Oliva, G. Falcone, Sputtering of multicomponent materials: elements of a theory. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 194(1), 541–548 (1982). https://doi.org/10.1016/0029-554X(82)90578-X

    Article  ADS  Google Scholar 

  • J. Simpson, J. Eraker, J. Lamport, P. Walpole, Electrons and protons accelerated in Mercury’s magnetic field. Science 185, 160–166 (1974). https://doi.org/10.1126/science.185.4146.160

    Article  ADS  Google Scholar 

  • J. Slavin, Mercury’s magnetosphere. Adv. Space Res. 33(11), 1859–1874 (2004). https://doi.org/10.1016/j.asr.2003.02.019. Comparative Magnetospheres

    Article  ADS  Google Scholar 

  • J.A. Slavin, S.M. Imber, S.A. Boardsen, G.A. DiBraccio, T. Sundberg, M. Sarantos, T. Nieves-Chinchilla, A. Szabo, B.J. Anderson, H. Korth, T.H. Zurbuchen, J.M. Raines, C.L. Johnson, R.M. Winslow, R.M. Killen, R.L. McNutt Jr., S.C. Solomon, MESSENGER observations of a flux-transfer-event shower at Mercury. J. Geophys. Res. Space Phys. 117(A12), A00M06 (2012). https://doi.org/10.1029/2012JA017926

    Article  Google Scholar 

  • J.A. Slavin, D.N. Baker, D.J. Gershman, G.C. Ho, S.M. Imber, S.M. Krimigis, T. Sundberg, Mercury’s dynamic magnetosphere, in Mercury: The View After MESSENGER. Cambridge Planetary Science (Cambridge University Press, Cambridge, 2018), pp. 461–496. https://doi.org/10.1017/9781316650684.018

    Chapter  Google Scholar 

  • J.A. Slavin, H.R. Middleton, J.M. Raines, X. Jia, J. Zhong, W.J. Sun, S. Livi, S.M. Imber, G.K. Poh, M. Akhavan-Tafti, J. Jasinski, G.A. DiBraccio, C. Dong, R.M. Dewey, M.L. Mays, MESSENGER observations of disappearing dayside magnetosphere events at Mercury. J. Geophys. Res. Space Phys. 124(8), 6613–6635 (2019). https://doi.org/10.1029/2019JA026892

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.F. Smart, M.A. Shea, A simplified model for timing the arrival of solar flare-initiated shocks. J. Geophys. Res. Space Phys. 90(A1), 183–190 (1985). https://doi.org/10.1029/JA090iA01p00183

    Article  ADS  Google Scholar 

  • W.J. Sun, J.M. Raines, S.Y. Fu, J.A. Slavin, Y. Wei, G.K. Poh, Z.Y. Pu, Z.H. Yao, Q.G. Zong, W.X. Wan, MESSENGER observations of the energization and heating of protons in the near-Mercury magnetotail. Geophys. Res. Lett. 44(16), 8149–8158 (2017). https://doi.org/10.1002/2017GL074276

    Article  ADS  Google Scholar 

  • B.T. Tsurutani, R.P. Lin, Acceleration of \(>47~\text{keV}\) ions and \(>2~\text{keV}\) electrons by interplanetary shocks at 1 AU. J. Geophys. Res. Space Phys. 90(A1), 1–11 (1985). https://doi.org/10.1029/JA090iA01p00001

    Article  Google Scholar 

  • P. van Nes, R. Reinhard, T.R. Sanderson, K.P. Wenzel, R.D. Zwickl, The energy spectrum of 35- to 1600-keV protons associated with interplanetary shocks. J. Geophys. Res. Space Phys. 89(A4), 2122–2132 (1984). https://doi.org/10.1029/JA089iA04p02122

    Article  ADS  Google Scholar 

  • C. Wang, D. Du, J.D. Richardson, Characteristics of the interplanetary coronal mass ejections in the heliosphere between 0.3 and 5.4 AU. J. Geophys. Res. Space Phys. 110(A10), A10107 (2005). https://doi.org/10.1029/2005JA011198

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S. Watanabe, H. Tajima, Y. Fukazawa, Y. Ichinohe, S. Takeda, T. Enoto, T. Fukuyama, S. Furui, K. Genba, K. Hagino, A. Harayama, Y. Kuroda, D. Matsuura, R. Nakamura, K. Nakazawa, H. Noda, H. Odaka, M. Ohta, M. Onishi, S. Saito, G. Sato, T. Sato, T. Takahashi, T. Tanaka, A. Togo, S. Tomizuka, The Si/CdTe semiconductor Compton camera of the ASTRO-H Soft Gamma-Ray Detector (SGD). Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A, Accel. Spectrom. Detect. Assoc. Equip. 765, 192–201 (2014). https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.05.127. hSTD-9 2013—Proceedings of the 9th International Hiroshima Symposium on Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors

    Article  ADS  Google Scholar 

  • Y.C. Whang, Magnetospheric magnetic field of Mercury. J. Geophys. Res. 82(7), 1024–1030 (1977). https://doi.org/10.1029/JA082i007p01024

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M. Wieser, P. Wurz, Production of a 10 eV–1000 eV neutral particle beam using surface neutralization. Meas. Sci. Technol. 16(12), 2511–2516 (2005). https://doi.org/10.1088/0957-0233/16/12/016

    Article  ADS  Google Scholar 

  • R.M. Winslow, B.J. Anderson, C.L. Johnson, J.A. Slavin, H. Korth, M.E. Purucker, D.N. Baker, S.C. Solomon, Mercury’s magnetopause and bow shock from MESSENGER magnetometer observations. J. Geophys. Res. Space Phys. 118(5), 2213–2227 (2013). https://doi.org/10.1002/jgra.50237

    Article  ADS  Google Scholar 

  • R.M. Winslow, N. Lugaz, L.C. Philpott, N.A. Schwadron, C.J. Farrugia, B.J. Anderson, C.W. Smith, Interplanetary coronal mass ejections from MESSENGER orbital observations at Mercury. J. Geophys. Res. Space Phys. 120(8), 6101–6118 (2015). https://doi.org/10.1002/2015JA021200

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M. Wüest, D. Evans, ISS Institute, R. von Steiger, ES Agency, Calibration of Particle Instruments in Space Physics. ESA SR, ISSI (2007). The International Space Science Institute, https://books.google.co.jp/books?id=hmBKNAAACAAJ

    Google Scholar 

  • P. Wurz, H. Lammer, Monte-Carlo simulation of Mercury’s exosphere. Icarus 164(1), 1–13 (2003). https://doi.org/10.1016/S0019-1035(03)00123-4

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M. Yagi, K. Seki, Y. Matsumoto, D.C. Delcourt, F. Leblanc, Formation of a sodium ring in Mercury’s magnetosphere. J. Geophys. Res. Space Phys. 115(A10), A10253 (2010). https://doi.org/10.1029/2009JA015226

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M. Yagi, K. Seki, Y. Matsumoto, D.C. Delcourt, F. Leblanc, Global structure and sodium ion dynamics in Mercury’s magnetosphere with the offset dipole. J. Geophys. Res. Space Phys. 122(11), 10,990–11,002 (2017). https://doi.org/10.1002/2017JA024082

    Article  Google Scholar 

  • D.T. Young, J.J. Berthelier, M. Blanc, J.L. Burch, A.J. Coates, R. Goldstein, M. Grande, T.W. Hill, R.E. Johnson, V. Kelha, D.J. Mccomas, E.C. Sittler, K.R. Svenes, K. Szegö, P. Tanskanen, K. Ahola, D. Anderson, S. Bakshi, R.A. Baragiola, B.L. Barraclough, R.K. Black, S. Bolton, T. Booker, R. Bowman, P. Casey, F.J. Crary, D. Delapp, G. Dirks, N. Eaker, H. Funsten, J.D. Furman, J.T. Gosling, H. Hannula, C. Holmlund, H. Huomo, J.M. Illiano, P. Jensen, M.A. Johnson, D.R. Linder, T. Luntama, S. Maurice, K.P. Mccabe, K. Mursula, B.T. Narheim, J.E. Nordholt, A. Preece, J. Rudzki, A. Ruitberg, K. Smith, S. Szalai, M.F. Thomsen, K. Viherkanto, J. Vilppola, T. Vollmer, T.E. Wahl, M. Wüest, T. Ylikorpi, C. Zinsmeyer, Cassini plasma spectrometer investigation. Space Sci. Rev. 114(1), 1–112 (2004). https://doi.org/10.1007/s11214-004-1406-4

    Article  ADS  Google Scholar 

  • T.H. Zurbuchen, J.M. Raines, J.A. Slavin, D.J. Gershman, J.A. Gilbert, G. Gloeckler, B.J. Anderson, D.N. Baker, H. Korth, S.M. Krimigis, M. Sarantos, D. Schriver, R.L. McNutt, S.C. Solomon, MESSENGER observations of the spatial distribution of planetary ions near Mercury. Science 333(6051), 1862–1865 (2011). https://doi.org/10.1126/science.1211302

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Acknowledgements

The authors thank all the members of BepiColombo mission for their unstinted efforts in making the mission fruitful and for their valuable discussion on the specifications and operations of payload instruments including our MPPE sensors.

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Consortia

Corresponding author

Correspondence to Yoshifumi Saito.

Ethics declarations

Conflict of Interest

The authors declare that they have no conflict of interest.

Additional information

Publisher’s Note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

The BepiColombo mission to Mercury

Edited by Johannes Benkhoff, Go Murakami and Ayako Matsuoka

BepiColombo Mio/MPPE Team: Y. Saito, M. Hirahara, S. Barabash, D. Delcourt, A. Coates, N. André, T. Takashima, K. Asamura, C. Aoustin, J.-A. Sauvaud, P. Louarn, M. Blanc, C. Jacquey, C. Mazelle, I. Dandouras, V. Genot, D. Toublanc, C. Peymirat, A. Fedorov, E. Amata, R. Bruno, M.B. Cattaneo, G. Consolini, M.F. Marcucci, Z. Nĕmec̆ek, B. Lavraud, L. Griton, S. Aizawa, H.-C. Seran, J. Rouzaud, Q.M. Lee, E. Le Comte, E. Penou, M. Petiot, D. Moirin, S. Machida, I. Shinohara, W. Miyake, T. Terasawa, C. Owen, A. Fazakerley, T. Nagatsuma, K. Seki, T. Nagai, A. Ieda, H. Hasegawa, J.-M. Illiano, J.-J. Berthelier, D. Fontaine, N. Krupp, J. Woch, S. Yokota, M. Fraenz, H. Krueger, H. Michalik, L. Hadid, R. Modolo, B. Fiethe, B. Katra, F. Leblanc, C. Verdeil, H. Fischer, J.-D. Techer, D. Reisenfeld, R. Elphic, H. Funsten, D. McComas, M. Grande, H. Matsumoto, T. Yanagimachi, T. Obara, Y. Miyoshi, Y. Ebihara, M. Nose, F. Tsuchiya, T.A. Fritz, Q. Zong, T. Mitani, S. Kasahara, M. Shimoyama, Y. Kazama, M. Yamauchi, M. Holmström, Y. Futaana, R. Lundin, P. Wurz, M. Wieser, H. Andersson, S. Karlsson, W. Benz, W.-H. Ip, L.-N. Hau, M. Hoshino, M. Fujimoto, K. Maezawa, N. Terada, P. Trávnic̆ek, R. Smets, R. Modolo, F. Leblanc, R. Lallement, L. Zelenyi, H. Malova, M.N. Nishino, Y.-C. Wang, M. Oka, M. Yagi, Y. Harada, L. Xie, J. Zhong, J. Vaverka, K. Keika, W. Sun, L. Wang

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Saito, Y., Delcourt, D., Hirahara, M. et al. Pre-flight Calibration and Near-Earth Commissioning Results of the Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE) Onboard MMO (Mio). Space Sci Rev 217, 70 (2021). https://doi.org/10.1007/s11214-021-00839-2

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s11214-021-00839-2

Keywords

Navigation