Das Leuchten von Protonen-Auroren, aufgezeichnet vom MAVEN-Gerät
Die Raumsonde MAVEN beobachtete erstmals Protonen-Auroren auf dem Mars. Dies ermöglicht es Astronomen, die Mechanismen der Wechselwirkung des Sonnenwinds mit der Atmosphäre des Mars und anderer Planeten im Sonnensystem mit Gashüllen besser zu verstehen. Der Artikel wurde in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
Protonen-Auroren sind eine Art von Polarlichtern in der Erdatmosphäre, die durch Ströme energetischer Teilchen verursacht werden. Sie entstehen, wenn ein Strom von hochenergetischen (10-100 keV) Protonen in die Atmosphäre des Planeten eintritt und mit Molekülen und Atomen atmosphärischer Gase kollidiert, diese anregt und ionisiert. Wenn in diesem Fall das Proton ein freies Elektron einfängt, findet der Ladungsaustausch unter Bildung eines neutralen Wasserstoffatoms im Grund- oder angeregten Zustand statt. Im letzteren Fall können Wasserstoffatome in den Grundzustand übergehen und Photonen mit einer für die Balmer-Reihe charakteristischen Wellenlänge emittieren, die von Instrumenten aufgezeichnet werden und mit bloßem Auge als Leuchten sichtbar sind. Protonen-Auroren zeichnen sich durch ihre Länge und Form (Protonenbogen oder -bogen) aus und haben auch in niedrigen Breiten eine hohe Intensität, im Gegensatz zu den uns gewohnten Polarlichtern, die durch Elektronen verursacht werden. Außerdem tritt bei emittierenden und sich schnell bewegenden Wasserstoffatomen der Doppler-Effekt auf, aufgrund dessen es möglich ist, die Parameter des Protonenflusses zu bestimmen.
Ein weiterer Faktor, der die Eigenschaften terrestrischer Protonen-Auroren beeinflusst, ist der Einfluss des starken Magnetfelds des Planeten auf sie. Dies bedeutet, dass sich ähnliche Ereignisse in der Atmosphäre von Planeten ohne starkes Magnetfeld nach anderen Szenarien entwickeln werden als auf der Erde. Wenn wir vom Mars sprechen, der kein globales Magnetfeld besitzt und von einer ausgedehnten Korona aus neutralem Wasserstoff umgeben ist, dann können die Protonen des Sonnenwinds, die in der Korona einen Wiederaufladeprozess durchlaufen haben, die Bugstoßwelle durchdringen und mit Atomen interagieren und Moleküle atmosphärischer Gase in der unteren Thermosphäre (in Höhen von 110-130 km), die ein Glühen verursachen. Bisher gab es jedoch keine Fälle einer zuverlässigen Registrierung von Protonen-Auroren in der Atmosphäre des Roten Planeten.
Der Mechanismus der Bildung von Protonen-Auroren in der Marsatmosphäre.
Eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Justin Deighan berichtet über die erfolgreiche Registrierung von Protonen-Auroren auf dem Mars, die vom Orbiter MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission) entdeckt wurden. Die Entdeckung wurde durch die Analyse von Daten gemacht, die vom 1. März bis 4. April 2015 mit dem IUVS (The Imaging Ultraviolet Spectrograph) und dem Solar Wind Ion Analyzer (SWIA) Sonnenwind-Partikelsensor gesammelt wurden. Zuvor war bekannt geworden, dass der Sensor während dieser Zeit in der Tagesthermosphäre des Planeten (in Höhen unter 250 km) eine zeitvariable Population von fast monoenergetischen Protonen mit einer Geschwindigkeit erfasst, die fast der Geschwindigkeit des Sonnenwinds entspricht. Es wird vermutet, dass diese Protonen das Ergebnis von Ladungsaustauschprozessen im Bugschock und der Wasserstoffkorona sind, die damals durch den kommenden Sommer aufgeblasen wurde. Im gleichen Zeitraum wurde im ultravioletten Bereich ein intensives Leuchten von atomarem Wasserstoff (Lyman-Serie) nachgewiesen (es sei darauf hingewiesen, dass die Registrierung der Partikel in der Nähe der Apparatur durchgeführt wurde, während das Leuchten weit darunter aufgezeichnet wurde), was weist auf das Vorhandensein von Protonen-Auroren auf der Tagesseite des Planeten hin …
Zeitachse der Daten, die vom SWIA-Sensor und dem IUVS-Spektrographen des MAVEN-Geräts im März-April 2015 erhalten wurden.
Die Forscher stellen fest, dass die durchgeführten Simulationen auch auf die Registrierung von Protonen-Auroren auf dem Mars hinweisen, aber in Zukunft sind detailliertere Studien erforderlich. Die Prozesse, die zum Auftreten ähnlicher atmosphärischer Phänomene auf dem Mars führen, können auf jedem Himmelskörper mit einer ausgedehnten Korona aus neutralem Gas auftreten, die sich über den Bugschock hinaus erstreckt und direkt mit dem Sonnenwind interagieren kann. Solche Bedingungen gibt es auf der Venus, Kometen, dem Saturnmond Titan, wenn er sich außerhalb der Magnetosphäre des Planeten befindet, oder auf Exoplaneten wie HD 209458b.
Zuvor haben wir darüber gesprochen, wie die Natur der pulsierenden Polarlichter herausgefunden und das "Singen" von Wellen in der Plasmasphäre der Erde gehört wurde, sowie darüber, wie MAVEN erstmals langlebige Schichten von Metallionen in der oberen Atmosphäre des Mars entdeckte.
