Bilder der Hope-Sonde zeigen den Mars ohne Polarlichter (links) und fleckige Protonen-Aurora (Mitte und rechts). (EMM/WE) Dank der Zusammenarbeit zweier umlaufender Raumsonden haben wir neue Erkenntnisse über ein wunderbares Marsphänomen gewonnen.
NASAs Mars Atmosphäre und flüchtige Entwicklung ( MAVEN ) und den Vereinigten Arabischen Emiraten Hope Probe haben sich zusammengeschlossen, um die ultravioletten Protonen-Auroren zu untersuchen, die hoch oben in der Marsatmosphäre tanzen und leuchten.
Die neue Forschung zeigt, dass diese Tagesereignisse nicht immer diffus, strukturlos und gleichmäßig verteilt sind, sondern äußerst dynamisch und variabel und feinskalige Strukturen enthalten.
„Die Beobachtungen von EMM (Emirates Mars Mission) deuteten darauf hin, dass die Polarlichter so weit verbreitet und unorganisiert waren, dass die Plasmaumgebung um den Mars wirklich gestört gewesen sein muss, bis zu dem Punkt, dass der Sonnenwind überall dort, wo wir Polarlichtemissionen beobachteten, direkt auf die obere Atmosphäre einwirkte.“ sagt der Planetenforscher Mike Chaffin der University of Colorado Boulder.
„Durch die Kombination von EMM-Auroralbeobachtungen mit MAVEN-Messungen der Polarlichtplasmaumgebung können wir diese Hypothese bestätigen und feststellen, dass es sich bei dem, was wir sahen, im Wesentlichen um eine Karte der Orte handelte, an denen der Sonnenwind auf den Planeten regnete.“
Protonen-Auroren – die häufigsten Polarlichter auf dem Roten Planeten – waren erstmals 2018 beschrieben , wie in MAVEN-Daten zu sehen. Sie bilden sich ziemlich ähnlich wie Polarlichter auf der Erde; Da der Mars jedoch ein ganz anderes Tier ist und keine intern angetriebene Magnetosphäre wie die der Erde besitzt, ist das Endergebnis einzigartig für den Mars.
Der Rote Planet ist einem globalen Magnetfeld am nächsten bei a schwaches induziert durch das Summen geladener Teilchen, die beim Aufprall in die Atmosphäre langsamer werden. So schwach es auch ist, reicht es normalerweise aus, um viele der Hochgeschwindigkeitsprotonen und Neutronen abzulenken, die von der Sonne herabregnen.
Die Protonen-Auroren entstehen, wenn positiv geladene Protonen im Sonnenwind mit der Wasserstoffhülle des Mars kollidieren und ionisiert werden, wobei sie Elektronen von Wasserstoffatomen stehlen und neutral werden.
Durch diesen Ladungsaustausch können die neutralen Teilchen den Bugschock des Magnetfelds um den Mars umgehen, in die obere Atmosphäre herabregnen und ultraviolettes Licht aussenden.
Es wurde angenommen, dass dieser Prozess zuverlässig eine gleichmäßige Polarlichtemission über der Tagseite des Mars erzeugte. Die neuen Beobachtungen zeigen etwas anderes.
Anstelle des erwarteten glatten Profils zeigen die Daten der Hope Probe, dass die Polarlichter manchmal lückenhaft sind, was darauf hindeutet, dass bei der Entstehung dieser Polarlichter unbekannte Prozesse im Spiel sein könnten.
Hier kommt MAVEN ins Spiel. Der NASA-Orbiter verfügt über eine ganze Reihe von Plasmainstrumenten zur Untersuchung des Sonnenwinds, der magnetischen Umgebung und der thermischen Ionen im Raum um den Mars.
Es führte gleichzeitig Messungen durch, während Hope die seltsamen Polarlichter abbildete, und die kombinierten Daten ermöglichten es den Wissenschaftlern, den Grund dafür zu rekonstruieren.
„Durch die Untersuchung mehrerer Beobachtungen der Emirates-Mars-Mission von fleckigen Polarlichtern, die unterschiedliche Formen und Standorte haben, und die Kombination dieser Bilder mit Plasmamessungen der NASA-Mission Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN kommen wir zu dem Schluss, dass eine Reihe von Prozessen fleckige Polarlichter erzeugen können.“ schreiben die Forscher in ihrer Arbeit .
„Diese fleckige Aurora ist größtenteils das Ergebnis von Plasmaturbulenzen, die unter bestimmten Umständen zu einer direkten Ablagerung des Sonnenwinds über die gesamte Mars-Tagseite führen.“
Mit anderen Worten: Eine seltene chaotische Wechselwirkung zwischen dem Mars und dem Sonnenwind ist für die lückenhafte Polarlichter verantwortlich; Allerdings ist nicht ganz klar, welche Auswirkungen dies auf die Marsoberfläche hat.
Es ist jedoch möglich, dass es Auswirkungen auf den langfristigen Verlust der Atmosphäre und des Wassers gibt; Ohne ein globales Magnetfeld verliert der Mars weiterhin beides.
Interessanterweise können uns die Protonen-Auroren – sowohl die glatten als auch die fleckigen – dabei helfen, mindestens eines davon zu verstehen, da der beteiligte Wasserstoff teilweise durch Wasser in der Marsatmosphäre entsteht, das in den Weltraum gelangt.
„Viele zukünftige Daten- und Modellierungsstudien werden erforderlich sein“, schreiben die Forscher , „um die vollständigen Auswirkungen dieser Bedingungen auf die atmosphärische Entwicklung des Mars herauszufinden.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Geophysikalische Forschungsbriefe .