Onze ogen kunnen ze niet zien, maar Martiaanse aurora's zijn er en komen vaker voor dan we ooit dachten. De Mars-aurora's werden voor het eerst ontdekt in 2016 door NASA's MAVEN-ruimtevaartuig. Nu breiden enkele nieuwe resultaten onze kennis van deze ongebruikelijke aurora's uit.
De meeste lezers van Space Magazine weten van de aurora's van de aarde en hoe ze zijn gemaakt. Wanneer een krachtig genoeg zonnewind de magnetosfeer van de aarde treft, worden deeltjes (meestal elektronen maar soms protonen) opgewonden en ioniseren ze verschillende componenten in de atmosfeer. Dat straalt verschillende kleuren en vormen van licht uit. Het fenomeen creëert een bewegend, kortstondig scherm dat het oog boeit. Aurora's zijn meestal beperkt tot de noordelijke en zuidelijke polaire breedtegraden, behalve wanneer de zonnewind erg krachtig is.
Martiaanse aurora's zijn vergelijkbaar en verschillend.
Mars-aurora's zijn allemaal proton-aurora's en komen overdag voor. Ze zenden alleen ultraviolet licht uit, wat betekent dat onze ogen blind voor hen zijn. Maar een instrument op het MAVEN-ruimtevaartuig (Mars-atmosfeer en vluchtige evolutie) kan ze zien. Het heet de Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS.)
MAVEN onderzoekt de atmosfeer van Mars. Een van de vragen is heel specifiek: hoe verloor het zijn atmosfeer? Om te antwoorden dat het de bovenste atmosfeer, de ionosfeer, observeert en hoe Mars met de zonnewind omgaat. Als onderdeel van zijn werk ontdekte het de proton-aurora's van Mars.
De Mars-proton-aurora en het verlies van de atmosfeer en bewoonbaarheid van Mars zijn met elkaar verbonden. Mars is omgeven door een waterstofcorona die van de planeet zelf komt. Als deze waterstof uit Mars ontsnapt, ontstaat er waterverlies. Er is een verband tussen de snelheid en intensiteit van Martiaanse aurora's en waterverlies.
"Misschien op een dag, wanneer interplanetair reizen gemeengoed wordt ... zullen reizigers uit de eerste hand getuige zijn van de laatste fasen van Mars die de rest van zijn water aan de ruimte verliezen."
Andréa Hughes, hoofdauteur, Embry-Riddle Aeronautical University
Als de zonnewind van de zon op Mars valt, zijn het eigenlijk alleen maar protonen: waterstofatomen waarvan het elektron door intense hitte wordt verwijderd. Het proton raakt de waterstofcorona, steelt een elektron en wordt weer een atoom met een neutrale lading. Omdat het nu neutraal is, omzeilt het de boogschok van de magnetosfeer van Mars. Dan slaat het atoom in de dunne atmosfeer van Mars, botst met gasmoleculen en zendt ultraviolet licht uit.
"In deze nieuwe studie die MAVEN / IUVS-gegevens van meerdere Marsjaren gebruikt, heeft het team geconstateerd dat periodes van verhoogde atmosferische ontsnapping corresponderen met toenames in het voorkomen en de intensiteit van protonaurora", zegt Andréa Hughes van Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona Beach, Florida. . Hughes is hoofdauteur van een nieuw artikel getiteld "Proton Aurora on Mars: A Dayside Phenomenon Pervasive in Southern Summer". Het werd op 12 december gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research, Space Physics.
“Misschien, wanneer interplanetair reizen op een dag gemeengoed wordt, zullen reizigers die in de zuidelijke zomer aankomen op Mars stoelen op de eerste rij hebben om Martian proton-aurora majestueus te zien dansen over de dag van de planeet (terwijl ze natuurlijk een ultravioletgevoelige bril dragen). Deze reizigers zullen uit de eerste hand getuige zijn van de laatste fasen van Mars die de rest van zijn water aan de ruimte verliest, ”zei Hughes in een persbericht.
De eerste keer dat MAVEN de Martiaanse aurora's zag, dachten wetenschappers dat het een relatief zeldzaam fenomeen was. Maar nu hebben ze deze UV-proton-aurora's veel vaker gevonden. "In eerste instantie waren we van mening dat deze gebeurtenissen vrij zeldzaam waren omdat we niet naar de juiste tijden en plaatsen keken", zegt Mike Chaffin, onderzoekswetenschapper aan het University of Colorado Boulder's Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) en tweede auteur van de studie.
"Maar na een nadere beschouwing ontdekten we dat proton-aurora veel vaker voorkomen in de dagen van de zomer in het zuiden dan we aanvankelijk hadden verwacht." Het team heeft proton-aurora gevonden in ongeveer 14 procent van hun observaties overdag, wat toeneemt tot meer dan 80 procent van de tijd dat alleen observaties over de zuidelijke zomerdagen worden overwogen. "Ter vergelijking: IUVS heeft diffuse aurora op Mars gedetecteerd in een paar procent van de banen met een gunstige geometrie, en discrete aurora-detecties zijn nog zeldzamer in de dataset", zegt Nick Schneider, co-auteur en leider van het IUVS-team bij LASP.
Het feit dat deze aurora's in de zomer overvloediger zijn, met name in de zuidelijke zomer, intrigeerden wetenschappers. Het was een idee hoe ze het voortdurende waterverlies van Mars konden volgen. Mars staat het dichtst bij de zon in het zuiden en de zomer en ontvangt daarom meer zonnewind. De zomer kan ook enorme stofstormen veroorzaken, die niet alleen enorme stoftorens tot 80 kilometer hoog creëren, maar ook waterdamp hoog in de atmosfeer dwingen.
Zon-UV breekt de waterdamp af in waterstof en zuurstof, en de verhoogde waterstof in de waterstofcorona van Mars betekent dat de interacties tussen het water en zonnedeeltjes toenemen, waardoor UV-aurora ontstaan.
"Alle voorwaarden die nodig zijn om Martian proton aurora te creëren (bijv. zonnewind-protonen, een uitgebreide waterstofatmosfeer en de afwezigheid van een wereldwijd dipool-magnetisch veld) komen vaker voor op Mars dan die welke nodig zijn om andere soorten aurora te creëren, 'zei Hughes. “Ook betekent het verband tussen MAVEN's waarnemingen van verhoogde atmosferische ontsnapping en toename van frequentie en intensiteit van protonairora dat protonaurora daadwerkelijk kan worden gebruikt als een proxy voor wat er gebeurt in de waterstofcorona rond Mars, en daarom een proxy voor tijden van toegenomen atmosferische ontsnapping en waterverlies. ”
Meer:
- Persbericht: pas ontdekte Martian Aurora eigenlijk de meest voorkomende; Werpt licht op het veranderende klimaat van Mars
- Research Paper: Proton Aurora on Mars: A Dayside Phenomenon Pervasive in Southern Summer
- Space Magazine: Wanneer Martian Storms echt op gang komen, creëren ze stoftorens van 80 kilometer hoog
- Onderzoekssamenvatting: Mars Express-waarnemingen van de waterstofcorona van Mars
