Locatie van aurora op Mars. Afbeelding tegoed: ESA Klik om te vergroten
Aurora's die lijken op het noorderlicht van de aarde lijken veel voor te komen op Mars, volgens natuurkundigen van de University of California, Berkeley, die zes jaar aan gegevens van de Mars Global Surveyor hebben geanalyseerd.
De ontdekking van honderden aurora's in de afgelopen zes jaar komt als een verrassing, aangezien Mars niet het wereldwijde magnetische veld heeft dat op aarde de bron is van de aurora borealis en de antipodale aurora australis.
plot van de 13.000 poolverschijnselen op Mars
Volgens de natuurkundigen zijn de aurora's op Mars niet te wijten aan een planeetbreed magnetisch veld, maar worden ze geassocieerd met plekken met een sterk magnetisch veld in de korst, voornamelijk op het zuidelijk halfrond. En ze zijn waarschijnlijk ook niet zo kleurrijk, zeggen de onderzoekers: de energetische elektronen die interageren met moleculen in de atmosfeer om de gloed te produceren, genereren waarschijnlijk alleen ultraviolet licht - niet de rode, groene en blauwe van de aarde.
"Het feit dat we aurora's net zo vaak zien als wij, is verbazingwekkend", zegt UC Berkeley-natuurkundige David A. Brain, de hoofdauteur van een paper over de ontdekking die onlangs is geaccepteerd door het tijdschrift Geophysical Research Letters. "De ontdekking van aurora's op Mars leert ons iets over hoe en waarom ze elders in het zonnestelsel gebeuren, waaronder op Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus."
Brain en Jasper S. Halekas, beide assistent-natuurkundigen van het UC Berkeley's Space Sciences Laboratory, en hun collega's van UC Berkeley, de University of Michigan, NASA's Goddard Space Flight Center en de University of Toulouse in Frankrijk, rapporteerden hun bevindingen ook in een poster gepresenteerd op vrijdag 9 december tijdens de bijeenkomst van de American Geophysical Union in San Francisco.
Vorig jaar ontdekte het Europese ruimtevaartuig Mars Express voor het eerst een flits van ultraviolet licht aan de nachtkant van Mars en een internationaal team van astronomen identificeerde het als een aurorale flits in het nummer van 9 juni 2005 in Nature. Bij het horen van de ontdekking, gebruikten UC Berkeley-onderzoekers gegevens van de Mars Global Surveyor om te zien of een on-board UC Berkeley-instrumentenpakket - een magnetometer-elektronenreflectometer - ander bewijs van aurora had gedetecteerd. Het ruimtevaartuig draait om Mars sinds september 1997 en sinds 1999 brengt het vanaf een hoogte van 400 kilometer (250 mijl) het oppervlak van Mars en de magnetische velden van Mars in kaart. Het zit in een polaire baan die het altijd om 2 uur 's nachts houdt wanneer het zich aan de nachtkant van de planeet bevindt.
Binnen een uur nadat ze voor het eerst in de gegevens waren gedoken, ontdekten Brain en Halekas bewijs van een poollicht - een piek in het elektron-energiespectrum die identiek is aan de pieken die in spectra van de atmosfeer van de aarde worden gezien tijdens een poollicht. Sindsdien hebben ze meer dan 6 miljoen opnamen met de elektronenreflectometer beoordeeld en tussen de gegevens zo'n 13.000 signalen gevonden met een elektronenpiek die een aurora aangeeft. Volgens Brain kan dit honderden nachtelijke aurorale gebeurtenissen vertegenwoordigen, zoals de flits gezien door de Mars Express.
Toen de twee natuurkundigen de positie van elke waarneming bepaalden, vielen de aurora's precies samen met de randen van de gemagnetiseerde gebieden op het oppervlak van Mars. Hetzelfde team, geleid door co-auteurs Mario H. Acu? A van NASA's Goddard Space Flight Center en Robert Lin, UC Berkeley professor in de natuurkunde en directeur van het Space Sciences Laboratory, heeft deze magnetische oppervlaktevelden uitgebreid in kaart gebracht met behulp van de magnetometer / reflectometer aan boord van de Mars Global Surveyor. Net zoals de aurora's van de aarde optreden waar de magnetische veldlijnen in de noord- en zuidpool in het oppervlak duiken, komen de aurora's van Mars voor aan de grenzen van gemagnetiseerde gebieden waar de veldlijnen verticaal in de korst buigen.
Van de 13.000 aurorale waarnemingen tot nu toe lijken de grootste samen te vallen met een verhoogde zonnewindactiviteit.
"De flits die Mars Express ziet, lijkt zich aan het heldere einde van mogelijke energieën te bevinden," zei Halekas. "Net als op aarde hebben ruimteweer en zonnestormen de neiging om de aurora's helderder en sterker te maken."
Afbeelding van magnetische oppervlaktevelden op Mars
De aurora's van de aarde worden veroorzaakt wanneer geladen deeltjes van de zon in het beschermende magnetische veld van de planeet slaan en, in plaats van naar de grond te dringen, worden omgeleid langs veldlijnen naar de pool, waar ze naar beneden stromen en botsen met atomen in de atmosfeer om een ovaal te creëren van licht rond elke paal. Elektronen vormen een groot deel van de geladen deeltjes en aurorale activiteit wordt geassocieerd met een nog niet begrepen fysisch proces dat elektronen versnelt en een veelbetekenende piek in het spectrum van elektronenenergieën produceert.
Het proces op Mars is waarschijnlijk vergelijkbaar, zei Lin, in die zin dat zonnewinddeeltjes naar de nachtzijde van Mars worden geleid, waar ze interageren met aardkorstlijnen. Het ultraviolette licht wordt geproduceerd wanneer de deeltjes kooldioxidemoleculen raken.
'De waarnemingen suggereren dat er een versnellingsproces plaatsvindt zoals op aarde', zei hij. 'Iets heeft de elektronen meegenomen en een kick gegeven.'
Wat dat 'iets' is, blijft een mysterie, hoewel Lin en zijn UC Berkeley-collega's neigen naar een proces dat magnetische herverbinding wordt genoemd, waarbij het magnetische veld dat met de zonnewinddeeltjes reist, breekt en weer verbinding maakt met het aardkorstveld. De opnieuw verbindende veldlijnen kunnen de deeltjes naar hogere energieën sturen.
De magnetische oppervlaktevelden, zei Brain, worden geproduceerd door sterk gemagnetiseerd gesteente dat voorkomt in plekken tot 1000 kilometer breed en 10 kilometer diep. Deze plekken behouden waarschijnlijk het magnetisme dat overblijft van toen Mars een globaal veld had op een manier die vergelijkbaar is met wat er gebeurt wanneer een naald wordt gestreeld met een magneet, waardoor magnetisatie wordt veroorzaakt die blijft bestaan, zelfs nadat de magneet is teruggetrokken. Toen het wereldwijde veld van Mars miljarden jaren geleden uitstierf, kon de zonnewind de atmosfeer wegnemen. Alleen de sterke aardkorstvelden zijn nog in de buurt om delen van het oppervlak te beschermen.
"We noemen ze mini-magnetosferen, omdat ze sterk genoeg zijn om de zonnewind te weerstaan", zei Lin, en merkte op dat de velden tot 1.300 kilometer boven het oppervlak reiken. Niettemin is het sterkste magnetische veld van Mars 50 keer zwakker dan het veld aan het aardoppervlak. Het is moeilijk uit te leggen hoe deze velden in staat zijn om de zonnewind efficiënt genoeg te leiden en te versnellen om een aurora te genereren, zei hij.
Brain, Halekas, Lin en hun collega's hopen de Mars Global Surveyor-gegevens te ontginnen voor meer informatie over de aurora's en misschien om zich aan te sluiten bij het Europese team dat de Mars Express bestuurt om aanvullende gegevens te krijgen over de flitsen die het mysterie van hun oorsprong zouden kunnen oplossen.
"Mars Global Surveyor is ontworpen voor een levensduur van 685 dagen, maar is nu al meer dan zes jaar zeer waardevol en we krijgen nog steeds geweldige resultaten", merkte Lin op.
Het werk werd ondersteund door NASA. Co-auteurs met Brain, Halekas, Lin en Acu? A zijn Laura M. Peticolas, Janet G. Luhmann, David L. Mitchell en Greg T. Delory van UC Berkeley's Space Sciences Laboratory; Steve W. Bougher van de Universiteit van Michigan; en Henri R? me van het Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements in Toulouse.
Oorspronkelijke bron: UC Berkeley News Release
