Hver planet i vores solsystem interagerer med strømmen af energiske partikler, der kommer fra vores sol. Ofte benævnt "solvind" består disse partikler hovedsageligt af elektroner, protoner og alfapartikler, der konstant er ved at gå hen imod det interstellare rum. Hvor denne strøm kommer i kontakt med en planetes magnetosfære eller atmosfære, danner den en region omkring dem, der er kendt som ”bue-chok”.
Disse regioner dannes foran planeten og bremser og afleder solvinden, når den bevæger sig forbi - ligesom hvordan vand ledes omkring en båd. I tilfælde af Mars er det planetens ionosfære, der tilvejebringer det ledende miljø, der er nødvendigt for at der dannes et bue-chok. Og ifølge en ny undersøgelse fra et team af europæiske videnskabsmænd skifter Mars's bovchok som følge af ændringer i planetens atmosfære.
Undersøgelsen, med titlen "Årlige variationer i Martian Bow Shock Location som observeret af Mars Express Mission", optrådte i Journal of Geophysical Letters: Space Physics. Brug af data fra Mars Express orbiter, videnskabsteamet forsøgte at undersøge, hvordan og hvorfor bovoschokets placering varierer i løbet af flere Martian år, og hvilke faktorer der hovedsagelig er ansvarlige.
I mange årtier har astronomer været opmærksomme på, at der dannes bovestød opstrøms for en planet, hvor interaktion mellem solvind og planeten får energiske partikler til at aftage og gradvist blive omdirigeret. Hvor solvinden møder planetens magnetosfære eller atmosfære, dannes en skarp grænselinie, som de strækker sig rundt om planeten i en udvidet bue.
Det er her betegnelsen bue-chok kommer fra, på grund af dens karakteristiske form. For Mars, der ikke har et globalt magnetfelt og en temmelig tynd atmosfære at starte (mindre end 1% af Jordens atmosfæriske tryk ved havets overflade), er det den elektrisk ladede region i den øvre atmosfære (ionosfæren) der er ansvarlig for at skabe boveskok omkring planeten.
På samme tid tillader Mars relativt lille størrelse, masse og tyngdekraft dannelse af en udvidet atmosfære (dvs. en eksosfære). I denne del af Mars 'atmosfære slipper luftformede atomer og molekyler ud i rummet og interagerer direkte med solvind. I årenes løb er denne udvidede atmosfære og Mars 'bue-chock blevet observeret af flere orbiter-missioner, som har opdaget variationer i sidstnævnte grænse.
Dette menes at være forårsaget af flere faktorer, ikke mindst er afstanden. Fordi Mars har en relativt excentrisk bane (0,0934 sammenlignet med Jordens 0,0167), varierer dens afstand fra Solen ganske lidt - 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 tættere, øges solvindens dynamiske tryk mod dens atmosfære. Denne ændring i afstand falder imidlertid også sammen med stigninger i mængden af indkommende ekstrem ultraviolet (EUV) solstråling. Som et resultat stiger den hastighed, hvormed ioner og elektroner (al. Plasma) produceres i den øvre atmosfære, hvilket medfører øget termisk tryk, der modvirker den indkommende solvind.
Nyoprettede ioner i den udvidede atmosfære opsamles og accelereres også af de elektromagnetiske felter, der transporteres af solvinden. Dette har den virkning at bremse det og forårsage Mars 'bowshock at ændre sin position. Alt dette har været kendt for at ske i løbet af et enkelt Marsår - hvilket svarer til 686.971 Jorddage eller 668.5991 Marsdage (sols).
Hvordan det opfører sig over længere tid er et spørgsmål, der tidligere ikke blev besvaret. Som sådan konsulterede teamet af europæiske forskere data indsamlet af Mars Express mission over en femårs periode. Disse data blev taget af Analyzer of Space Plasma og EneRgetic Atoms (ASPERA-3) Elektronspektrometer (ELS), som teamet brugte til at undersøge i alt 11.861 bovechocks.
Hvad de fandt, var, at bovechokket i gennemsnit er tættere på Mars, når det er nær aphelion (8102 km), og længere væk ved perihelion (8984 km). Dette fungerer med en variation på omkring 11% i Marsåret, hvilket er temmelig i overensstemmelse med dets excentricitet. Imidlertid ønskede teamet at se, hvilke (hvis nogen) af de tidligere studerede mekanismer, der var hovedansvaret for denne ændring.
Mod dette mål overvejede teamet variationer i solvindtæthed, styrken af det interplanetære magnetfelt og solbestråling som primære årsager - som alle falder, når planeten kommer længere væk fra solen. Det, de imidlertid fandt, var, at buesjokkets placering forekom mere følsom over for variationer i solens produktion af ekstrem UV-stråling snarere end for variationer i selve solvinden.
Variationerne i bovenschockafstand syntes også at være relateret til mængden af støv i den Martiske atmosfære. Dette stiger, når Mars nærmer sig perihelion, hvilket får atmosfæren til at absorbere mere solstråling og varme op. Meget ligesom hvordan øgede niveauer af EUV fører til en øget mængde plasma i ionosfæren og eksosfæren, forekommer øgede mængder støv at fungere som en buffer mod solvind.
Som Benjamin Hall, en forsker ved Lancaster University i England og hovedforfatteren af papiret, sagde i en ESA-pressemeddelelse:
”Det har tidligere vist sig, at støvstorme interagerer med den øvre atmosfære og ionosfæren på Mars, så der kan være en indirekte kobling mellem støvstorme og bovchok-placering… Vi drager dog ikke yderligere konklusioner om, hvordan støvstormene direkte kunne påvirke placeringen af den Martiske bue-chok og overlade en sådan undersøgelse til en fremtidig undersøgelse. ”
I sidste ende kunne Hall og hans team ikke udpege nogen faktor, når de tog op til, hvorfor Mars 'bovshock flyttes over længere tid. ”Det ser ud til, at ingen enkelt mekanisme kan forklare vores observationer, men snarere en kombineret effekt af dem alle,” sagde han. ”På dette tidspunkt kan ingen af dem udelukkes.”
Når vi ser fremad, håber Hall og hans kolleger, at fremtidige missioner vil hjælpe med at kaste yderligere lys over mekanismerne bag Mars, der skifter buehock. Som Hall antydet, vil dette sandsynligvis involvere "" fælles efterforskning fra ESA's Mars Express og spor Gas Orbiter og NASA'er MAVEN mission. Tidlige data fra MAVEN ser ud til at bekræfte de tendenser, vi opdagede. ”
Selvom dette ikke er den første analyse, der søgte at forstå, hvordan Mars 'atmosfære interagerer med solvind, var denne specifikke analyse baseret på data opnået over en meget længere periode end nogen tidligere undersøgelse. I sidste ende afslører de mange missioner, der i øjeblikket studerer Mars, meget om den atmosfæriske dynamik på denne planet. En planet, der i modsætning til Jorden har et meget svagt magnetfelt.
Det, vi lærer i processen, vil gå langt i retning af at sikre, at fremtidige efterforskningsmissioner til Mars og andre planeter, der har svage magnetiske felter (som Venus og Mercury), er sikre og effektive. Det kan endda hjælpe os med oprettelsen af permanente baser på disse verdener en dag!
