Fiecare planetă din Sistemul nostru Solar interacționează cu fluxul de particule energetice care vin de la Soarele nostru. Adesea denumite „vânt solar”, aceste particule constau în principal din electroni, protoni și particule alfa care se îndreaptă în mod constant către spațiul interstelar. În cazul în care acest flux intră în contact cu magnetosfera sau atmosfera unei planete, acesta formează o regiune în jurul lor cunoscută drept „șoc de arc”.
Aceste regiuni se formează în fața planetei, încetinind și deviază vântul solar, pe măsură ce trece prin trecut - la fel ca modul în care apa este deviată în jurul unei nave. În cazul lui Marte, ionosfera planetei este cea care asigură mediul conductiv necesar pentru formarea unui șoc de arc. Și, potrivit unui nou studiu realizat de o echipă de oameni de știință europeni, șocul de arc al lui Marte se schimbă ca urmare a schimbărilor din atmosfera planetei.
Studiul, intitulat „Variații anuale în locația șocului de marțiană, observat de misiunea Mars Express”, a apărut în Journal of Geophysical Letters: Space Physics. Utilizarea datelor din Mars Express orbiter, echipa științifică a încercat să investigheze cum și de ce locația șocului de arc variază pe parcursul mai multor ani marțieni și care sunt factorii responsabili în principal.
Timp de mai multe decenii, astronomii au fost conștienți că șocurile de arc se formează în amonte de o planetă, în care interacțiunea dintre vântul solar și planeta face ca particulele energetice să încetinească și să fie deviate treptat. În cazul în care vântul solar se întâlnește cu magnetosfera sau atmosfera planetei, se formează o linie de delimitare ascuțită, care se extinde în jurul planetei într-un arc de lărgire.
De aici provine termenul șoc de arc, datorită formei sale distinctive. În cazul lui Marte, care nu are un câmp magnetic global și o atmosferă destul de subțire pentru a porni (mai puțin de 1% din presiunea atmosferică a Pământului la nivelul mării), este regiunea încărcată electric din atmosfera superioară (ionosfera) care este responsabil pentru crearea șocului de arc în jurul planetei.
În același timp, Marte dimensiuni, masă și gravitație relativ mici permit formarea unei atmosfere extinse (adică o exosferă). În această porțiune din atmosfera lui Marte, atomii gazoși și moleculele scapă în spațiu și interacționează direct cu vântul solar. De-a lungul anilor, această atmosferă extinsă și șocul cu arcuri ale lui Marte au fost observate de mai multe misiuni orbitere, care au detectat variații în limita acestuia din urmă.
Se crede că este cauzat de mai mulți factori, nu cel mai mic dintre aceștia fiind distanța. Deoarece Marte are o orbită relativ excentrică (0,0934 comparativ cu 0,0167 Pământului), distanța sa de Soare variază destul de mult - mergând de la 206,7 milioane km (128.437 milioane mi; 1,3814 AU) la perihelion la 249,2 milioane km (154.8457 milioane mi; 1,666 AU) la afelie.
Când planeta este mai aproape, presiunea dinamică a vântului solar împotriva atmosferei sale crește. Cu toate acestea, această schimbare a distanței coincide și cu creșterea cantității de radiații solare ultraviolete extreme (EUV) primite. Ca urmare, viteza cu care se produc ioni și electroni (de asemenea, plasmă) în atmosfera superioară crește, provocând o presiune termică crescută care contracarează vântul solar care intră.
Ionii nou-creați în atmosfera extinsă sunt, de asemenea, preluați și accelerați de câmpurile electromagnetice purtate de vântul solar. Acest lucru are efectul de a încetini și de a determina fundația lui Marte să-și schimbe poziția. Se știe că toate acestea s-au întâmplat de-a lungul unui singur an marțian - ceea ce echivalează cu 686.971 zile de Pământ sau 668.5991 zile marțiene (sol).
Cu toate acestea, modul în care se comportă pe perioade mai lungi de timp este o întrebare care nu a fost răspuns anterior. Ca atare, echipa de oameni de știință europeni a consultat datele obținute de către Mars Express misiune pe o perioadă de cinci ani. Aceste date au fost luate de Analizatorul de plasmă spațială și atomii EneRgetic (ASPERA-3) Spectrometru de electroni (ELS), pe care echipa l-a folosit pentru a examina un total de 11.861 traversări de șocuri de arc.
Ceea ce au descoperit a fost că, în medie, șocul din arc este mai aproape de Marte atunci când este aproape de afelie (8102 km), și mai departe de perihelion (8984 km). Rezultă o variație de aproximativ 11% în cursul anului marțian, ceea ce este destul de în concordanță cu excentricitatea sa. Cu toate acestea, echipa a dorit să vadă care (dacă este cazul) dintre mecanismele studiate anterior a fost principalul responsabil pentru această schimbare.
Spre acest scop, echipa a avut în vedere variații ale densității vântului solar, forța câmpului magnetic interplanetar și iradierea solară cauze primare - toate declinând pe măsură ce planeta se îndepărtează mai mult de Soare. Totuși, ceea ce au descoperit a fost că locația șocului de arc arăta mai sensibilă la variațiile producției de la Soarele de radiații UV extreme decât la variații ale vântului solar în sine.
De asemenea, variațiile distanței de șoc a arcului au fost legate de cantitatea de praf din atmosfera marțiană. Aceasta crește pe măsură ce Marte se apropie de perihelion, ceea ce face ca atmosfera să absoarbă mai multe radiații solare și să se încălzească. La fel ca nivelul crescut de EUV duce la o cantitate crescută de plasmă în ionosferă și exosferă, cantitățile crescute de praf par să acționeze ca un tampon împotriva vântului solar.
După cum a spus Benjamin Hall, cercetător la Universitatea Lancaster din Marea Britanie și autorul principal al lucrării, într-un comunicat de presă al ESA:
„Furtunile de praf s-au dovedit anterior că interacționează cu atmosfera superioară și ionosfera Marte, astfel încât poate exista o cuplare indirectă între furtunile de praf și locația șocului de arc ... Cu toate acestea, nu tragem concluzii suplimentare despre modul în care furtunile de praf ar putea direct impact asupra locației șocului arcului marțian și lăsați o astfel de investigație pentru un viitor studiu. "
În cele din urmă, Hall și echipa sa nu au reușit să distingă niciun factor atunci când au abordat motivul pentru care șocul arcului lui Marte se schimbă pe perioade mai lungi de timp. „Se pare că niciun singur mecanism nu poate explica observațiile noastre, ci mai degrabă un efect combinat al tuturor acestora”, a spus el. „În acest moment, niciunul dintre ei nu poate fi exclus.”
Privind în viitor, Hall și colegii săi speră că viitoarele misiuni vor ajuta la o lumină suplimentară asupra mecanismelor din spatele arcului care se schimbă pe Marte. După cum a indicat Hall, acest lucru va implica probabil „„ investigații comune ale ASE Mars Express și Urme Gaz Orbiter și NASA MAVEN misiune. Datele timpurii de la MAVEN par să confirme tendințele pe care le-am descoperit. ”
Deși aceasta nu este prima analiză care a urmărit să înțeleagă modul în care atmosfera lui Marte interacționează cu vântul solar, această analiză specială s-a bazat pe datele obținute pe o perioadă mult mai lungă decât orice studiu anterior. În cele din urmă, multiplele misiuni care studiază în prezent Marte dezvăluie mult despre dinamica atmosferică a acestei planete. O planetă care, spre deosebire de Pământ, are un câmp magnetic foarte slab.
Ceea ce învățăm în acest proces va merge mult spre a ne asigura că viitoarele misiuni de explorare pe Marte și alte planete care au câmpuri magnetice slabe (precum Venus și Mercur) sunt sigure și eficiente. S-ar putea chiar să ne ajute cu crearea unor baze permanente pe aceste lumi într-o zi!
