Ученые обнаружили новый пугающий вид марсианского сияния

Благодаря сотрудничеству двух орбитальных космических зондов мы получили новое представление об удивительном марсианском явлении.

Зонд НАСА "Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе" (MAVEN) и зонд "Надежда" из Объединенных Арабских Эмиратов объединили усилия для изучения ультрафиолетовых протонных аврор, которые танцуют и светятся высоко в атмосфере Марса.

Новое исследование показывает, что эти дневные явления не всегда диффузны, бесформенны и равномерно распределены, а очень динамичны и изменчивы, содержат мелкомасштабные структуры.

"Наблюдения EMM (Emirates Mars Mission) позволили предположить, что аврора была настолько распространена и дезорганизована, что плазменная среда вокруг Марса должна была быть действительно нарушена, вплоть до того, что солнечный ветер оказывал прямое воздействие на верхние слои атмосферы везде, где мы наблюдали авроральную эмиссию", - говорит планетолог Майк Чаффин из Университета Колорадо в Боулдере.

"Объединив авроральные наблюдения EMM с измерениями авроральной плазменной среды MAVEN, мы можем подтвердить эту гипотезу и определить, что то, что мы наблюдали, по сути, было картой того, где солнечный ветер обрушивался на планету".

Протонные авроры - наиболее распространенные авроры на красной планете - были впервые описаны в 2018 году, как видно из данных MAVEN. Они формируются довольно похоже на то, как формируются авроры на Земле; однако, поскольку Марс - совсем другой зверь, без магнитосферы с внутренним приводом, как у Земли, конечный результат уникален для Марса.

Самое близкое к глобальному магнитному полю, которое есть у красной планеты, - это слабое, вызванное жужжанием заряженных частиц, замедляющихся при столкновении с атмосферой. Слабое, оно обычно достаточно, чтобы отклонить многие из высокоскоростных протонов и нейтронов, падающих с Солнца.

Протонные авроры образуются, когда положительно заряженные протоны в солнечном ветре сталкиваются с водородной оболочкой Марса и ионизируются, забирая электроны у атомов водорода, чтобы стать нейтральными.

Этот обмен зарядами позволяет нейтральным частицам обойти ударную волну магнитного поля вокруг Марса, выпадая в верхних слоях атмосферы и излучая ультрафиолетовый свет.

Считалось, что этот процесс надежно обеспечивает равномерное авроральное излучение на дневной стороне Марса. Новые наблюдения показывают обратное.

Вместо ожидаемого гладкого профиля, данные зонда "Надежда" показывают, что иногда аврора бывает разрозненной, что говорит о том, что в процессе формирования этих аврор могут происходить неизвестные процессы.

Именно здесь в дело вступает MAVEN. Орбитальный аппарат НАСА оснащен полным набором плазменных приборов для исследования солнечного ветра, магнитной среды и тепловых ионов в пространстве вокруг Марса.

Он одновременно проводил измерения, в то время как "Надежда" делала снимки странных аврор, и объединенные данные позволили ученым восстановить причину их возникновения.

Изучив многочисленные наблюдения "Эмирейтс Марс Мишн" за пестрыми аврорами, имеющими различные формы и местоположение, и объединив эти изображения с измерениями плазмы, проведенными миссией НАСА "Марсианская атмосфера и эволюция летучих веществ", мы пришли к выводу, что ряд процессов может порождать пестрые авроры", - пишут исследователи в своей статье.

"Эта пестрая аврора в основном является результатом турбулентности плазмы, которая при некоторых обстоятельствах приводит к прямому осаждению солнечного ветра по всей марсианской дневной стороне".

Другими словами, редкое хаотическое взаимодействие между Марсом и солнечным ветром ответственно за пеструю аврору; хотя не совсем ясно, какое влияние это оказывает на марсианскую поверхность.

Возможно, однако, что это имеет последствия для долгосрочной потери атмосферы и воды; без глобального магнитного поля Марс продолжает терять и то, и другое.

Интересно, что протонные авроры - как гладкие, так и разрозненные - могут помочь нам понять, по крайней мере, одну из этих проблем, поскольку водород, участвующий в них, частично образуется за счет воды в марсианской атмосфере, просачивающейся в космос.

"Потребуется много будущих исследований данных и моделирования", - пишут исследователи, - "чтобы выяснить все последствия этих условий для эволюции атмосферы Марса".

Исследование было опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.