Благодаря прибору EMUS орбитального аппарата "Надежда" миссия EMM Объединенных Арабских Эмиратов впервые обнаружила нерегулярные протонные полярные сияния в верхних слоях марсианской атмосферы.
Недавно Эмиратская марсианская миссия ОАЭ (EMM), неофициально называемая "Надежда", наблюдала протонные полярные сияния над Марсом. Они уже были обнаружены в прошлом, но теперь новые данные впервые предполагают, что солнечный ветер взаимодействует с верхними слоями атмосферы Красной планеты хаотичным и нерегулярным образом.
Результаты сравнивались с результатами миссии NASA MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN), также находящейся на орбите вокруг Красной планеты и способной наблюдать за состоянием плазмы в верхних слоях атмосферы. Вместе эти две миссии дали всестороннее представление о том, что происходит.
У Марса нет настоящего глобального магнитного поля, как у Земли, чтобы защититься от солнечного ветра — потока заряженных частиц, постоянно прибывающих с Солнца. Однако его тонкая атмосфера все еще действует как барьер, который может отклонять магнитное поле, создаваемое солнечным ветром вокруг планеты. Это отклонение заставляет солнечный ветер замедляться и накапливаться по мере того, как он охватывает Марс, создавая концентрацию заряженных частиц (называемых плазмой), которые могут взаимодействовать с остаточными линиями магнитного поля, сохраняющимися в областях коры Марса.
Зонд "Надежда" прибыл на орбиту вокруг Марса 9 февраля 2021 года. С тех пор он ведет наблюдение за Красной планетой с помощью различных приборов, включая ультрафиолетовый спектрометр Emirates Mars (EMUS).
EMUS предназначен для обнаружения ультрафиолетового излучения протонов (ядер водорода) в атмосфере Марса, возбуждаемого солнечным ветром. К удивлению ученых, вместо равномерного свечения в этих ультрафиолетовых волнах, EMUS показал, что излучение часто может быть неравномерным.
Ученые уже знали, что эта среда и ее связь с магнитными полями, исходящими от поверхности Марса, может влиять на то, как, где и когда водород и кислород улетучиваются в космос. Теперь кажется, что он также может влиять на положение и интенсивность протонных полярных сияний, которые создаются, когда магнитное поле, переносимое солнечным ветром, выравнивается с линиями магнитного поля с поверхности Марса, вдоль которых движутся протоны.
В 2018 году миссия НАСА MAVEN уже обнаружила протонные полярные сияния на Марсе, только в виде равномерного свечения на дневной стороне планеты. Благодаря высокому пространственному разрешению EMUS удалось обнаружить неровности, совпадающие с турбулентными погодными условиями в космосе.
Различные масштабы и положение нерегулярных протонных полярные сияния могут указывать на различные условия в плазменной среде вокруг Марса, возникающие в результате вариаций солнечного ветра и даже марсианского сезона. Хотя новые результаты еще не опубликованы, лето 2022 года совпало с летом в южном полушарии Марса и, как ожидалось, должно было вызвать большое количество протонных полярных сияний.
Выше показана схема, показывающая, как формируются протонные полярные сияния. Обычно, как мы видим на диаграмме выше (обычное протонное сияние), заряженные частицы солнечного ветра обтекают Красную планету, и лишь немногие из них взаимодействуют с атомами водорода в протяженных верхних слоях атмосферы. Когда протонные полярные сияния становятся нерегулярными (пятнистые протонные полярные сияния), как показано ниже, магнитное поле солнечного ветра выравнивается с направлением потока протонов в верхних слоях атмосферы, что приводит к образованию плазменного океана, полного турбулентных пятен. Диаграмма, показывающая, как образуются протонные полярные сияния, наблюдаемые на Марсе.
Впервые EMUS смог наблюдать и строить глобальную картину пространственной изменчивости протонных полярных сияний на Марсе.
"Наше открытие этих нерегулярных протонных полярных сияний добавляет новый тип событий в длинный список тех, которые в настоящее время изучаются EMM. Это бросает вызов нашим существующим представлениям о том, как формируются протонные полярные сияния на дневной стороне Марса", — сказал Аль Матруши, главный научный сотрудник "Надежда". "Доступ к данным MAVEN был необходим, чтобы поместить эти новые наблюдения в более широкий контекст. Вместе мы раздвигаем границы наших существующих знаний не только о Марсе, но и о взаимодействии планет с солнечным ветром".
Сами по себе измерения в нескольких точках обзора уже доказали свою эффективность в наземных и гелиофизических исследованиях. На Марсе в настоящее время более полудюжины орбитальных аппаратов ведут научные наблюдения. Поскольку Южное полушарие находится в середине лета — времени, когда протонные полярные сияния, как известно, наиболее активны, наблюдения с нескольких точек обзора будут иметь решающее значение для понимания того, как формируются эти события.