Hver planet i solsystemet vårt samhandler med strømmen av energiske partikler fra solen vår. Ofte kalt "solvind", består disse partiklene hovedsakelig av elektroner, protoner og alfapartikler som stadig vender seg mot det interstellare rommet. Der denne strømmen kommer i kontakt med en planetes magnetosfære eller atmosfære, danner den en region rundt dem kjent som et "bågsjokk".
Disse regionene dannes foran planeten og bremser og avleder solvind når den beveger seg forbi - omtrent som hvordan vannet blir ledet rundt en båt. Når det gjelder Mars er det planetens ionosfære som gir det ledende miljøet som er nødvendig for at det skal dannes et baugsjokk. Og i følge en ny studie fra et team av europeiske forskere, forskyves Mars buesjokk som følge av endringer i planetens atmosfære.
Studien, med tittelen “Årlige variasjoner i Marsbukksjokkens beliggenhet som observert av Mars Express Mission”, dukket opp i Journal of Geophysical Letters: Space Physics. Bruker data fra Mars Express Orbiter, forskerteamet prøvde å undersøke hvordan og hvorfor båsjokkets beliggenhet varierer i løpet av flere Martian år, og hvilke faktorer som hovedsakelig er ansvarlige.
I mange tiår har astronomer vært klar over at det dannes baugsjokk oppstrøms for en planet, der samspill mellom solvind og planeten får energiske partikler til å bremse og gradvis bli avledet. Der solvinden møter planetens magnetosfære eller atmosfære, dannes en skarp grenselinje, som de strekker seg rundt planeten i en utvidet bue.
Det er her begrepet baugsjokk kommer fra, på grunn av sin særegne form. Når det gjelder Mars, som ikke har et globalt magnetfelt og en ganske tynn atmosfære å starte (mindre enn 1% av jordas atmosfæretrykk ved havnivå), er det den elektrisk ladede regionen i den øvre atmosfæren (ionosfæren) som er ansvarlig for å skape buesjokk rundt planeten.
Samtidig tillater Mars relativt liten størrelse, masse og tyngdekraft dannelse av en utvidet atmosfære (dvs. en eksosfære). I denne delen av Mars 'atmosfære flykter gassatomer og molekyler ut i verdensrommet og samhandler direkte med solvind. Gjennom årene har denne utvidede atmosfæren og Mars 'baugsjokk blitt observert av flere orbiteroppdrag, som har oppdaget variasjoner i sistnevnte grense.
Dette antas å være forårsaket av flere faktorer, ikke minst avstanden. Fordi Mars har en relativt eksentrisk bane (0,0934 sammenlignet med jordas 0,0167), varierer avstanden fra sola ganske mye - går fra 206,7 millioner km (128.437 millioner mi; 1.3814 AU) ved perihelion til 249,2 millioner km (154.8457 millioner mi; 1.666 AU) ved aphelion.
Når planeten er nærmere, øker solvindens dynamiske trykk mot atmosfæren. Imidlertid faller denne endringen i avstand også sammen med økningen i mengden innkommende ekstrem ultrafiolett (EUV) solstråling. Som et resultat øker hastigheten som ioner og elektroner (også plasma) produserer i den øvre atmosfæren, noe som forårsaker økt termisk trykk som motvirker den innkommende solvinden.
Nyopprettede ioner i den utvidede atmosfæren blir også plukket opp og akselerert av de elektromagnetiske feltene som blir ført av solvinden. Dette har effekten av å bremse det og føre til at Mars 'bowshock skifter posisjon. Alt dette har vært kjent for å skje i løpet av et enkelt marsår - noe som tilsvarer 686.971 jorddager eller 668.5991 marsdager (sols).
Hvordan det oppfører seg over lengre tid er imidlertid et spørsmål som tidligere var ubesvart. Som sådan konsulterte teamet av europeiske forskere data innhentet av Mars Express oppdrag over en femårsperiode. Denne informasjonen ble hentet av Analyzer of Space Plasma and EneRgetic Atoms (ASPERA-3) Electron Spectrometer (ELS), som teamet brukte til å undersøke totalt 11 861 baugsjokkoverganger.
Det de fant var at i gjennomsnitt er baugsjokket nærmere Mars når det er i nærheten av aphelion (8102 km), og lenger borte ved perihelion (8984 km). Dette fungerer med en variasjon på rundt 11% i løpet av Marsåret, noe som er ganske i samsvar med dens eksentrisitet. Imidlertid ønsket teamet å se hvilke (om noen) av de tidligere studerte mekanismene som var hovedansvaret for denne endringen.
Mot dette formål vurderte teamet variasjoner i solvindtetthet, styrken til det interplanetære magnetfeltet og solbestråling som primære årsaker - som alle avtar når planeten kommer lenger unna solen. Imidlertid, det de fant var at baugsjokkets beliggenhet virket mer følsom for variasjoner i solens produksjon av ekstrem UV-stråling snarere enn for variasjoner i solvinden i seg selv.
Variasjonene i avstand fra baugsjokk så ut til å ha sammenheng med støvmengden i den Martiske atmosfæren. Dette øker når Mars nærmer seg perihelion, og får atmosfæren til å absorbere mer solstråling og varme opp. Mye som hvordan økte nivåer av EUV fører til en økt mengde plasma i ionosfæren og eksosfæren, ser ut til at økte mengder støv fungerer som en buffer mot solvind.
Som Benjamin Hall, en forsker ved Lancaster University i Storbritannia og hovedforfatter av papiret, sa i en pressemelding fra ESA:
”Det har tidligere vist seg at støvstorm interagerer med den øvre atmosfæren og ionosfæren på Mars, så det kan være en indirekte kobling mellom støvstormene og baugsjokklokasjonen… Vi trekker imidlertid ikke ytterligere konklusjoner om hvordan støvstormene direkte kunne påvirke plasseringen av marsbåtsjokket og overlate en slik undersøkelse til en fremtidig studie. ”
Til slutt kunne Hall og teamet hans ikke utpeke en faktor når de tok opp hvorfor Mars 'baugsjokk skiftet over lengre tid. "Det virker sannsynlig at ingen mekanisme kan forklare observasjonene våre, men snarere en kombinert effekt av dem alle," sa han. "På dette tidspunktet kan ingen av dem utelukkes."
Når vi ser fremover, håper Hall og kollegene at fremtidige oppdrag vil bidra til å belyse mekanismene bak Mars som skifter buehock. Som Hall antydet, vil dette trolig innebære felles undersøkelser fra ESAs Mars Express og spor Gass Orbiter og NASA Maven oppdrag. Tidlige data fra MAVEN ser ut til å bekrefte trendene vi oppdaget. ”
Selv om dette ikke er den første analysen som prøvde å forstå hvordan Mars 'atmosfære samhandler med solvind, var denne analysen basert på data innhentet over en mye lengre periode enn noen tidligere undersøkelse. Til slutt avslører de flere oppdragene som nå studerer Mars mye om den atmosfæriske dynamikken til denne planeten. En planet som i motsetning til Jorden har et veldig svakt magnetfelt.
Det vi lærer i prosessen vil gå langt i retning av å sikre at fremtidige undersøkelsesoppdrag til Mars og andre planeter som har svake magnetiske felt (som Venus og Merkur) er trygge og effektive. Det kan til og med hjelpe oss med å opprette permanente baser på disse verdenene en dag!
