MAVEN и EMM проводят первые наблюдения протонного сияния на Марсе

В новом исследовании EMM обнаружил мелкомасштабные структуры в протонном полярном сиянии, охватившем всю дневную сторону Марса. Протонное полярное сияние, обнаруженное MAVEN в 2018 году, представляет собой разновидность марсианского полярного сияния, которое формируется, когда солнечный ветер, состоящий из заряженных частиц Солнца, взаимодействует с верхними слоями атмосферы. Типичные наблюдения за протонным полярным сиянием, сделанные MAVEN и миссией Европейского космического агентства Mars Express, показывают, что полярные сияния кажутся гладкими и равномерно распределенными по полушарию. Напротив, EMM наблюдал протонное сияние, которое казалось очень динамичным и изменчивым. Эти «неоднородные протонные полярные сияния» образуются, когда турбулентные условия вокруг Марса позволяют заряженным частицам проникать прямо в атмосферу и светиться по мере их замедления.

«Наблюдения EMM показали, что полярное сияние было настолько широко распространено и дезорганизовано, что плазменная среда вокруг Марса должна была быть нарушена до такой степени, что солнечный ветер непосредственно воздействовал на верхние слои атмосферы везде, где мы наблюдали полярное сияние», — сказал ведущий автор исследования Майк Чаффин, ученый MAVEN и EMM из Лаборатории физики атмосферы и космоса Колорадского университета в Боулдере. «Объединив наблюдения полярных сияний EMM с измерениями MAVEN среды плазмы полярных сияний, мы можем подтвердить эту гипотезу и определить, что то, что мы видели, было по сути картой того, где солнечный ветер обрушивался на планету».

Обычно солнечному ветру трудно достичь верхних слоев атмосферы Марса, потому что он перенаправляется ударной волной и магнитными полями, окружающими планету. Таким образом, неоднородные наблюдения протонного полярного сияния являются окном в редкие обстоятельства, при которых взаимодействие Марса и солнечного ветра носит хаотический характер. «Полное влияние этих условий на марсианскую атмосферу неизвестно, но наблюдения EMM и MAVEN сыграют ключевую роль в понимании этих загадочных событий», — сказал Чаффин.

Обмен данными между MAVEN и EMM позволил ученым определить причины неоднородного протонного сияния. EMM оснащен прибором Emirates Mars Ultraviolet Spectrograph (EMUS), который наблюдает за верхней атмосферой и экзосферой Красной планеты, сканируя изменчивость состава атмосферы и выход атмосферы в космос. У MAVEN полный набор плазменных инструментов, в том числе магнитометр (MAG), анализатор ионов солнечного ветра (SWIA) и инструмент супратермического и теплового состава ионов (STATIC), используемые в этом исследовании.

«Глобальные наблюдения EMM за верхними слоями атмосферы дают уникальный взгляд на регион, имеющий решающее значение для науки MAVEN», — сказал главный исследователь MAVEN Шеннон Карри из Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли. «Эти типы одновременных наблюдений исследуют фундаментальную физику динамики и эволюции атмосферы и подчеркивают преимущества международного научного сотрудничества».

Руководитель отдела исследований EMM Хесса Аль Матруши согласилась. «Доступ к данным MAVEN был необходим для того, чтобы поместить новые наблюдения EMM в более широкий контекст», — сказала она. «Вместе мы раздвигаем границы наших существующих знаний не только о Марсе, но и о взаимодействии планет с солнечным ветром».

Измерения с нескольких точек обзора уже доказали эффективность в исследованиях Земли и гелиофизики. На Марсе более полудюжины орбитальных аппаратов сейчас проводят научные наблюдения, а поскольку в южном полушарии Марса в настоящее время наблюдается лето, когда протонное полярное сияние наиболее активно, наблюдения с нескольких точек обзора будут иметь решающее значение для понимания того, как формируются эти события. Сотрудничество между EMM и MAVEN демонстрирует ценность науки об атмосфере Марса на уровне открытий, когда два космических корабля одновременно наблюдают за одним и тем же регионом.

Исследование было опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.