MAVEN og EMM foretager de første observationer af Mars pletvis proton aurora

Plettet proton-aurora på Mars dannes, når turbulente forhold omkring planeten tillader ladede brintpartikler fra Solen at strømme ind i Mars-atmosfæren. Billeder fra 5. august viser de typiske atmosfæriske forhold, hvor EMM-instrumentet EMUS ikke registrerer nogen usædvanlig aktivitet ved to bølgelængder forbundet med brintatomet. Men den 11. august og 30. august observerede instrumentet pletvis nordlys ved begge bølgelængder, hvilket indikerer turbulente interaktioner med solvinden. Kredit:EMM/EMUS

NASAs MAVEN-mission (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) og De Forenede Arabiske Emiraters Mars-mission (EMM) har frigivet fælles observationer af dynamiske proton-aurora-begivenheder på Mars. Fjernlydsobservationer af EMM parret med in-situ plasmaobservationer foretaget af MAVEN åbner nye veje til at forstå Mars-atmosfæren. Dette samarbejde blev muliggjort af nyere datadeling mellem de to missioner og fremhæver værdien af flerpunktsobservationer i rummet. En undersøgelse af disse resultater vises i tidsskriftet Geophysical Research Letters .

I den nye undersøgelse opdagede EMM finskala strukturer i proton nordlys, der strakte sig over hele dagssiden af Mars. Proton nordlys, opdaget af MAVEN i 2018, er en type Mars nordlys, der dannes, når solvinden, der består af ladede partikler fra Solen, interagerer med den øvre atmosfære. Typiske observationer af proton nordlys foretaget af MAVEN og ESA's (European Space Agency) Mars Express-mission viser, at disse nordlys ser glatte og jævnt fordelt ud over halvkuglen. I modsætning hertil observerede EMM protonaurora, der virkede meget dynamisk og variabel. Disse "plettede protonaurora" dannes, når turbulente forhold omkring Mars tillader de ladede partikler at flyde direkte ind i atmosfæren og gløde, når de sænker farten.

"EMM's observationer antydede, at nordlyset var så udbredt og uorganiseret, at plasmamiljøet omkring Mars virkelig må være blevet forstyrret, til det punkt, at solvinden direkte påvirkede den øvre atmosfære, uanset hvor vi observerede nordlysets emission," sagde Mike Chaffin, en MAVEN. og EMM-forsker baseret på Laboratory for Atmospheric and Space Physics ved University of Colorado Boulder og hovedforfatter af undersøgelsen.

"Ved at kombinere EMM-aurorale observationer med MAVEN-målinger af det nordlige plasmamiljø, kan vi bekræfte denne hypotese og bestemme, at det, vi så, i det væsentlige var et kort over, hvor solvinden regnede ned på planeten."

Normalt er det svært for solvinden at nå Mars' øvre atmosfære, fordi den omdirigeres af buechokket og magnetfelter, der omgiver planeten. De spredte proton-aurora-observationer er derfor et vindue til sjældne omstændigheder - dem, hvor Mars-solvindinteraktionen er kaotisk. "Den fulde indflydelse af disse forhold på Mars atmosfære er ukendt, men EMM og MAVEN observationer vil spille en nøglerolle i forståelsen af disse gådefulde begivenheder," sagde Chaffin.

Øverste billede viser den normale protonaurora-dannelsesmekanisme, der først blev opdaget i 2018. Hvide linjer viser, at solvindprotoner, der rejser væk fra Solen, normalt fejes rundt om planeten af Mars-magnetosfæren og ikke interagerer direkte med atmosfæren. Når protonaurora opstår, kolliderer en lille del af solvinden med Mars brint i planetens udstrakte korona (vist med blåt), og ladningen udveksles til neutrale H-atomer. Disse nyskabte H-atomer bevæger sig stadig med samme hastighed og er ikke længere følsomme over for de magnetosfæriske kræfter, der omdirigerer protoner rundt på planeten. I stedet slår de energiske H-atomer direkte ind i den øvre atmosfære på Mars og kolliderer flere gange med den neutrale atmosfære, hvilket resulterer i nordlysemission fra de indfaldende H-atomer (lilla). Fordi solvinden og Mars-koronaen er ensartede på tværs af planeten, forekommer nordlys overalt på planetens dagside med en ensartet lysstyrke. Nederste billede viser den nyligt opdagede dannelsesmekanisme for pletvis proton aurora. Grønne linjer i det øverste billede viser, at under normale forhold drapererer solvindens magnetfelt pænt rundt om planeten. Derimod dannes der pletvis protonaurora under usædvanlige omstændigheder, når solvindens magnetfelt er justeret med protonstrømmen. Under sådanne forhold erstattes den typiske draperede magnetfeltkonfiguration af et meget variabelt kludetæppe af plasmastrukturer, og solvinden er i stand til direkte at påvirke planetens øvre atmosfære på specifikke steder, der afhænger af strukturen af turbulensen. Når indkommende solvindprotoner kolliderer med den neutrale atmosfære, kan de neutraliseres og udsende nordlys i lokale pletter. I sådanne tider danner pletvis proton aurora et kort over de steder, hvor solvindplasma direkte påvirker planeten. Kredit:Emirates Mars Mission/UAE Space Agency

Datadelingen mellem MAVEN og EMM har gjort det muligt for videnskabsmænd at bestemme driverne bag den ujævne proton aurora. EMM bærer instrumentet Emirates Mars Ultraviolet Spectrograph (EMUS), som observerer den røde planets øvre atmosfære og exosfære, og scanner for variation i atmosfærisk sammensætning og atmosfærisk flugt til rummet. MAVEN bærer en komplet serie af plasmainstrumenter, inklusive Magnetometeret (MAG), Solar Wind Ion Analyzer (SWIA) og instrumentet SupraThermal And Thermal Ion Composition (STATIC) brugt i denne undersøgelse.

"EMM's globale observationer af den øvre atmosfære giver et unikt perspektiv på en region, der er kritisk for MAVEN-videnskaben," sagde MAVENs hovedforsker Shannon Curry, fra UC Berkeley's Space Sciences Laboratory. "Disse typer af samtidige observationer undersøger den grundlæggende fysik af atmosfærisk dynamik og evolution og fremhæver fordelene ved internationalt videnskabeligt samarbejde."

EMM Science Lead Hessa Al Matroushi var enig. "Adgang til MAVEN-data har været afgørende for at placere disse nye EMM-observationer i en bredere sammenhæng," sagde hun. "Sammen skubber vi grænserne for vores eksisterende viden ikke kun om Mars, men om planetariske interaktioner med solvinden."

Multi-vantage-point-målinger har allerede vist sig at være et aktiv inden for jord- og heliofysikforskning. På Mars tager over et halvt dusin orbitere nu videnskabelige observationer, og med Mars' sydlige halvkugle, der i øjeblikket oplever sommer, hvor protonaurora er kendt for at være mest aktive, vil observationer med flere udsigtspunkter være afgørende for at forstå, hvordan disse begivenheder dannes. Samarbejdet mellem EMM og MAVEN demonstrerer værdien af videnskab på opdagelsesniveau om Mars-atmosfæren med to rumfartøjer, der samtidigt observerer den samme region. + Udforsk yderligere

Fysikere forklarer, hvordan en type nordlys på Mars dannes

Sidste artikelEr Pluto en planet? Det betragtes ikke længere som en, men nogle mener, at det burde være

Næste artikelHvordan supervind hjælper med at drive galaktisk udvikling