Каждая планета в нашей Солнечной системе взаимодействует с потоком энергичных частиц, исходящих от нашего Солнца. Часто называемые «солнечным ветром», эти частицы состоят в основном из электронов, протонов и альфа-частиц, которые постоянно пробиваются в межзвездное пространство. Там, где этот поток вступает в контакт с магнитосферой или атмосферой планеты, он образует область вокруг них, известную как «удар изгиба».
Эти области формируются перед планетой, замедляя и отклоняя солнечный ветер, когда он проходит мимо - очень похоже на то, как вода направляется вокруг лодки. В случае Марса именно ионосфера планеты обеспечивает проводящую среду, необходимую для формирования изгиба. И, согласно новому исследованию группы европейских ученых, ударная нагрузка на Марс смещается в результате изменений в атмосфере планеты.
Исследование, озаглавленное «Ежегодные вариации в месте удара Марсианского лука в соответствии с наблюдением миссии Mars Express», появилось в Журнал геофизических писем: физика космоса, Используя данные из Марс Экспресс Находясь на орбите, научная группа стремилась выяснить, как и почему местоположение ударной волны меняется в течение нескольких марсианских лет, и какие факторы в основном несут ответственность.
В течение многих десятилетий астрономы знали, что удары луком образуются вверх по течению от планеты, где взаимодействие между солнечным ветром и планетой заставляет энергетические частицы замедляться и постепенно отклоняться. Там, где солнечный ветер встречается с магнитосферой или атмосферой планеты, образуется четкая граничная линия, которая проходит вокруг планеты по расширяющейся дуге.
Отсюда и термин «удар шоком» из-за его отличительной формы. В случае Марса, который не имеет глобального магнитного поля и достаточно тонкой атмосферы для загрузки (менее 1% от атмосферного давления Земли на уровне моря), это электрически заряженная область верхней атмосферы (ионосфера) это ответственно за создание ударной волны вокруг планеты.
В то же время Марс с относительно небольшими размерами, массой и гравитацией допускает образование расширенной атмосферы (то есть экзосферы). В этой части атмосферы Марса газообразные атомы и молекулы уходят в космос и напрямую взаимодействуют с солнечным ветром. За прошедшие годы эта расширенная атмосфера и ударная нагрузка на Марс наблюдались во многих миссиях на орбите, которые обнаружили изменения в границе последней.
Считается, что это вызвано множеством факторов, не последним из которых является расстояние. Поскольку Марс имеет относительно эксцентричную орбиту (0,0934 по сравнению с 0,0167 Земли), его расстояние от Солнца меняется весьма незначительно - от 206,7 млн. Км (128,437 млн. Миль; 1,3814 а.е.) в перигелии до 249,2 млн. Км (154,8457 млн. Ми; 1,666). Ау) в афелии.
Когда планета приближается, динамическое давление солнечного ветра на атмосферу увеличивается. Однако это изменение расстояния также совпадает с увеличением количества поступающего экстремального ультрафиолетового (EUV) солнечного излучения. В результате, скорость, с которой ионы и электроны (иначе плазма) производятся в верхних слоях атмосферы, увеличивается, вызывая повышенное тепловое давление, которое противодействует поступающему солнечному ветру.
Вновь созданные ионы в расширенной атмосфере также улавливаются и ускоряются электромагнитными полями, переносимыми солнечным ветром. Это приводит к его замедлению и заставляет удар на Марсе смещать свою позицию. Известно, что все это происходило в течение одного марсианского года, что эквивалентно 686,971 земным дням или 668,5991 марсианским дням (зол).
Однако то, как он ведет себя в течение более длительных периодов времени, является вопросом, который ранее оставался без ответа. Таким образом, группа европейских ученых проверила данные, полученные Марс Экспресс миссия в течение пяти лет. Эти данные были получены анализатором электронного спектрометра (ELS) анализатора космической плазмы и атомных энергий (ASPERA-3), который команда использовала для изучения в общей сложности 11 861 пересечений с носовым ударом.
Они обнаружили, что в среднем ударная нагрузка ближе к Марсу, когда он близок к афелию (8102 км), и еще дальше к перигелию (8984 км). Это составляет примерно 11% в течение марсианского года, что довольно согласуется с его эксцентриситетом. Тем не менее, команда хотела увидеть, какой (если таковой имеется) из ранее изученных механизмов был главным ответственным за это изменение.
С этой целью команда рассматривала вариации плотности солнечного ветра, напряженности межпланетного магнитного поля и солнечного излучения в качестве основных причин - все они уменьшаются по мере удаления планеты от Солнца. Тем не менее, они обнаружили, что местоположение удара изгиба оказалось более чувствительным к изменениям солнечного излучения в экстремальных условиях, нежели к изменениям самого солнечного ветра.
Изменения расстояния до носового удара также, по-видимому, связаны с количеством пыли в марсианской атмосфере. Это увеличивается по мере приближения Марса к перигелию, заставляя атмосферу поглощать больше солнечного излучения и нагреваться. Подобно тому, как повышение уровня EUV приводит к увеличению количества плазмы в ионосфере и экзосфере, повышенное количество пыли, по-видимому, действует как буфер против солнечного ветра.
Как сказал Бенджамин Холл, исследователь Ланкастерского университета в Великобритании и ведущий автор статьи, в пресс-релизе ЕКА:
«Ранее было показано, что пыльные бури взаимодействуют с верхней атмосферой и ионосферой Марса, поэтому может быть косвенная связь между пыльными бурями и местоположением изгиба носа… Однако мы не делаем никаких дальнейших выводов о том, как пылевые бури могли непосредственно повлиять на локацию марсианского ударного шока и оставить такое исследование для дальнейшего изучения ».
В конце Холл и его команда не могли выделить какой-либо один фактор, когда говорили о том, почему ударная волна Марса смещается в течение более длительных периодов времени. «Кажется вероятным, что ни один механизм не может объяснить наши наблюдения, а скорее объединяет их всех», - сказал он. «На данный момент ни один из них не может быть исключен».
Заглядывая в будущее, Холл и его коллеги надеются, что будущие миссии помогут пролить дополнительный свет на механизмы, стоящие за движущейся на Марсе ударной волной. Как указывал Холл, это, вероятно, потребует «» совместных расследований ЕКА. Марс Экспресс и трассировка газ Орбитальный аппарат и НАСА MAVEN миссия. Ранние данные из MAVEN, кажется, подтверждают обнаруженные нами тенденции ».
Хотя это не первый анализ, который пытался понять, как атмосфера Марса взаимодействует с солнечным ветром, этот конкретный анализ был основан на данных, полученных за гораздо более длительный период времени, чем любое предыдущее исследование. В конце концов, многочисленные миссии, которые в настоящее время изучают Марс, раскрывают многое об атмосферной динамике этой планеты. Планета, которая, в отличие от Земли, имеет очень слабое магнитное поле.
То, что мы узнаем в процессе, будет иметь большое значение для обеспечения безопасности и эффективности будущих исследовательских миссий на Марс и другие планеты со слабыми магнитными полями (такими как Венера и Меркурий). Это может даже помочь нам создать постоянные базы в этих мирах!
