Jokainen aurinkokunnan planeettamme on vuorovaikutuksessa aurinkoomme tulevien energiahiukkasten kanssa. Nämä hiukkaset, joita kutsutaan usein ”aurinkotuuliksi”, koostuvat pääasiassa elektronista, protoneista ja alfahiukkasista, jotka ovat jatkuvasti matkalla kohti tähtiä välistä tilaa. Kun tämä virta joutuu kosketukseen planeetan magnetosfäärin tai ilmakehän kanssa, se muodostaa niiden ympärille alueen, jota kutsutaan ”keulaiskuksi”.
Nämä alueet muodostuvat planeetan eteen, hidastaen ja kääntäen aurinkotuulen liikkuessaan ohi - aivan kuten veden suuntaaminen veneen ympäri. Marsin tapauksessa planeetan ionosfääri tarjoaa johtavan ympäristön, joka tarvitaan keulaiskun muodostumiseen. Ja eurooppalaisten tutkijoiden ryhmän uuden tutkimuksen mukaan Marsin keula-isku muuttuu planeetan ilmakehän muutosten seurauksena.
Tutkimus, jonka otsikko on ”Mars Express -operaation havaitsemien Marsian keula-iskun sijainnin vuotuiset variaatiot”, ilmestyi Journal of Geophysical Letters: Avaruusfysiikka. Tietojen käyttö Mars Express kiertoradalla, tiederyhmä pyrki selvittämään, miten ja miksi keula-iskun sijainti vaihtelee useiden Marsin vuosien aikana, ja mitkä tekijät ovat pääasiassa vastuussa.
Tähtitieteilijät ovat vuosikymmenien ajan olleet tietoisia siitä, että keulaiskut muodostuvat planeetan ylävirtaan, jolloin aurinkotuulen ja planeetan välinen vuorovaikutus saa aikaan energian hiukkasten hidastumisen ja vähitellen siirtymisen. Kun aurinkotuuli kohtaa planeetan magnetosfäärin tai ilmakehän, muodostuu terävä rajaviiva, joka ulottuu planeetan ympärille laajentuneessa kaarissa.
Tästä kohdasta tulee termi keula-isku johtuen sen erottuvasta muodosta. Marsin tapauksessa, jolla ei ole globaalia magneettikenttää ja melko ohut ilmakehä käynnistymiseen (alle 1% maan ilmakehän paineesta merenpinnan tasolla), se on ylemmän ilmakehän sähkövarausalue (ionosfääri). joka vastaa keulaiskun luomisesta planeetan ympärille.
Samanaikaisesti Marsin suhteellisen pieni koko, massa ja painovoima mahdollistavat pidennetyn ilmakehän (ts. Eksosfäärin) muodostumisen. Tässä osassa Marsin ilmakehää kaasumaiset atomit ja molekyylit pakenevat avaruuteen ja ovat vuorovaikutuksessa suoraan auringon tuulen kanssa. Vuosien mittaan tämä laajennettu ilmapiiri ja Marsin keulaisku on havaittu useilla kiertoradalla, jotka ovat havainneet eroja viimeksi mainitun rajalla.
Tämän uskotaan johtuvan useista tekijöistä, joista vähiten ei ole etäisyys. Koska Marsilla on suhteellisen epäkeskinen kiertorata (0.0934 verrattuna Maan arvoon 0.0167), sen etäisyys auringosta vaihtelee melko vähän - kulkemalla 206,7 miljoonasta km (128,437 miljoonaa mi; 1,3814 AU) perihelionissa 249,2 miljoonaan km (154,8457 miljoonaa mi; 1,666). AU) aphelionilla.
Kun planeetta on lähempänä, auringon tuulen dynaaminen paine ilmakehäänsä kasvaa. Tämä etäisyyden muutos tapahtuu kuitenkin myös samaan aikaan tulevan äärimmäisen ultravioletti (EUV) -säteilyn määrän lisääntymisen kanssa. Seurauksena on, että ionien ja elektronien (eli plasman) muodostumisnopeus ylemmässä ilmakehässä kasvaa, aiheuttaen lisääntynyttä lämpöpainetta, joka on vastainen tulevan aurinkotuulen vaikutukseen.
Äskettäin luodut ionit laajennetussa ilmakehässä otetaan myös vastaan ja kiihdytetään auringon tuulen kuljettamissa sähkömagneettisissa kentissä. Tämä hidastaa sitä ja saa Marsin jousinauhan muuttamaan sijaintiaan. Kaiken tämän on tiedetty tapahtuvan yhden Marsin vuoden aikana - mikä vastaa 686,971 maapäivää tai 668,5991 Marsin päivää (solaa).
Kuitenkin, miten se käyttäytyy pidempään, on kysymys, johon aiemmin ei vastattu. Sellaisena eurooppalaisten tutkijoiden ryhmä tutustui tutkimuslaitoksen hankkimiin tietoihin Mars Express virkamatka viiden vuoden aikana. Nämä tiedot otti avaruusplasman ja EneRgetic-atomien (ASPERA-3) elektronispektrometrin (ELS) analysaattori, jonka ryhmä käytti tutkimaan yhteensä 11 861 keula-iskun ylitystä.
He löysivät, että keskimäärin keulaisku on lähempänä Marsia, kun se on lähellä aphelionia (8102 km), ja kauempana perihelionissa (8984 km). Tämä muuttuu Marsin vuoden aikana noin 11%: n vaihteluksi, mikä on melko yhdenmukaista sen eksentrisyyden kanssa. Ryhmä halusi kuitenkin nähdä, mikä (jos sellainen oli) aiemmin tutkituista mekanismeista oli pääasiassa vastuussa tästä muutoksesta.
Tätä tarkoitusta varten joukkue piti ensisijaisina syinä auringon tuulen tiheyden, planeettojen välisen magneettikentän voimakkuuden ja auringon säteilytyksen muutoksia - ne kaikki vähenevät, kun planeetta vie kauempana auringosta. He kuitenkin havaitsivat, että keula-iskun sijainti näytti olevan herkempi auringon äärimmäisen UV-säteilyn säteilyn muutoksille kuin itse auringon tuulen vaihteluille.
Keula-iskun etäisyyden vaihtelut näyttivät myös liittyvän Marsin ilmakehän pölymäärään. Tämä lisääntyy, kun Mars lähestyy perihelionia, aiheuttaen ilmakehän absorboimaan enemmän aurinkosäteilyä ja kuumenemaan. Samoin kuin lisääntynyt EUV-taso johtaa lisääntyneeseen plasmamäärään ionosfäärissä ja eksosfäärissä, lisääntyneet pölymäärät näyttävät toimivan puskurina aurinkotuulta vastaan.
Kuten Ison-Britannian Lancaster Universityn tutkija ja tutkimuksen pääkirjailija Benjamin Hall sanoi ESA: n lehdistötiedotteessa:
”Pölymyrskyjen on aiemmin osoitettu olevan vuorovaikutuksessa Marsin ylemmän ilmakehän ja ionosfäärin kanssa, joten pölymyrskyjen ja keulaiskun sijainnin välillä voi olla epäsuora yhteys ... Emme kuitenkaan tee lisäpäätelmiä siitä, kuinka pölymyrskyt voisivat suoraan vaikuttaa Marsin keula-iskun sijaintiin ja jättää tällaisen tutkimuksen tulevalle tutkimukselle. ”
Loppujen lopuksi Hall ja hänen tiiminsä eivät voineet erottaa yhtäkään tekijää käsitellessään sitä, miksi Marsin keula-isku muuttuu pidemmän aikaa. "Vaikuttaa todennäköiseltä, että mikään yksittäinen mekanismi ei pysty selittämään havaintojamme, vaan niiden kaikkien yhdistetty vaikutus", hän sanoi. "Tässä vaiheessa yhtäkään niistä ei voida sulkea pois."
Katse eteenpäin Hall ja hänen kollegansa toivovat, että tulevat operaatiot auttavat lisää valoa mekanismeille, jotka siirtävät jousijalkaa Marsin takana. Kuten Hall totesi, tähän liittyy todennäköisesti ESA: n yhteisiä tutkimuksia Mars Express ja jäljittää Kaasu Orbiter ja NASA Maven tehtävä. MAVENin varhaiset tiedot näyttävät vahvistavan havaitsemiamme suuntauksia. ”
Vaikka tämä ei ole ensimmäinen analyysi, jolla pyrittiin ymmärtämään, kuinka Marsin ilmapiiri on vuorovaikutuksessa aurinkotuulen kanssa, tämä analyysi perustui tietoihin, jotka saatiin paljon pidemmältä ajalta kuin mikään aiempi tutkimus. Loppujen lopuksi useat Marsia tutkittavat tehtävät paljastavat paljon tämän planeetan ilmakehän dynamiikasta. Planeetta, jolla, toisin kuin maalla, on erittäin heikko magneettikenttä.
Prosessissa opimme pitkällä matkalla varmistamaan, että tulevat tutkimusmatkat Marsiin ja muihin planeetoihin, joilla on heikot magneettikentät (kuten Venus ja Mercury), ovat turvallisia ja tehokkaita. Se saattaa jopa auttaa meitä luomaan pysyviä tukikohtia näihin maailmoihin jonain päivänä!
