Это невыразимо прекрасно: как открыли уникальный тип марсианского северного сияния
Зонд MAVEN NASA и зонд «Надежда» Объединенных Арабских Эмиратов объединили свои усилия для изучения ультрафиолетовых протонных полярных сияний, которые танцуют и светятся высоко в атмосфере Марса.
Исследование показывает, что эти дневные события не всегда диффузны, бесхарактерны и равномерно распределены, но очень динамичны и изменчивы, содержат мелкомасштабные структуры.
«Наблюдения EMM (Emirates Mars Mission) показали, что полярное сияние было настолько широко распространено и дезорганизовано, что плазменная среда вокруг Марса должна была быть нарушена до такой степени, что солнечный ветер напрямую воздействовал на верхние слои атмосферы везде, где мы наблюдали авроральное излучение», — отмечает планетолог Майк Чаффин из Университета Колорадо в Боулдере.
Протонные полярные сияния — самые распространенные полярные сияния на Красной планете — были впервые описаны в 2018 году, как видно из данных MAVEN. Они формируются очень похоже на то, как возникают полярные сияния на Земле; однако, поскольку Марс — совсем другая планета, без внутренней магнитосферы, получается уникальное явление.
Марсианская аврора
Самое близкое подобие глобального магнитного поля у Марса, — это слабое поле, вызванное заряженными частицами, замедляющимися при столкновении с атмосферой. Каким бы слабым оно ни было, его обычно достаточно, чтобы отклонить многие из высокоскоростных протонов и нейтронов, падающих с Солнца.
Протонные полярные сияния образуются, когда положительно заряженные протоны солнечного ветра сталкиваются с водородной оболочкой Марса и ионизируются, похищая электроны у атомов водорода, чтобы стать нейтральными. Этот обмен зарядами позволяет нейтральным частицам обходить ударную волну магнитного поля вокруг Марса, оседая в верхних слоях атмосферы и излучая ультрафиолетовый свет.
Считалось, что этот процесс надежно производил однородное полярное сияние на дневной стороне Марса. Новые наблюдения показывают обратное. Вместо ожидаемого гладкого профиля данные зонда «Надежда» показывают, что иногда полярное сияние бывает неоднородным, что позволяет предположить, что во время формирования этих полярных сияний могут быть задействованы неизвестные процессы.
И здесь на сцену выходит MAVEN. Орбитальный аппарат НАСА несет полный набор плазменных инструментов для исследования солнечного ветра, магнитной среды и тепловых ионов в космосе вокруг Марса. Он одновременно проводил измерения, в то время как «Надежда» фотографировала странные полярные сияния, и объединенные данные позволили ученым восстановить причину наблюдаемой аномалии.
«Подобное пятнистое полярное сияние в основном является результатом турбулентности плазмы, которая при некоторых обстоятельствах приводит к прямому осаждению солнечного ветра на всей дневной стороне Марса», — пишут они.
Другими словами, за пятнистое полярное сияние ответственно редкое хаотическое взаимодействие между Марсом и солнечным ветром; хотя не совсем ясно, каково воздействие на марсианскую поверхность. Однако возможно, что есть последствия для долгосрочной потери атмосферы и воды; без глобального магнитного поля Марс продолжает терять и то, и другое.
Интересно, что протонные полярные сияния — как гладкие, так и неоднородные — могут помочь нам понять хотя бы одно из них, поскольку задействованный водород частично создается водой из марсианской атмосферы, просачивающейся в космос. «Потребуется много будущих данных и исследований по моделированию, — пишут исследователи, — чтобы выявить все последствия этих условий для эволюции атмосферы Марса».