Марсианское сияние проливает свет на изменение климата на Марсе 

Согласно новым исследованиям тип марсианского сияния, впервые идентифицированного космическим кораблем НАСА в 2016 году, на самом деле является наиболее распространенной формой сияния, встречающегося на Красной планете. Полярное сияние известное как протонное сияние может помочь ученым отследить потерю воды на Марсе.

На Земле полярные сияния обычно видны как яркие вспышки света в ночном небе вблизи полярных регионов, где они также известны как северное и южное сияние. Тем не менее, протонное сияние на Марсе происходит в течение дня и испускает ультрафиолетовое излучение, поэтому оно невидимо для человеческого глаза, но его можно обнаружить с помощью прибора Imaging Ultraviolet Spectrograph (IUVS) на космическом корабле MAVEN.

Миссия MAVEN состоит в том, чтобы понять, почему Красная Планета потеряла большую часть своей атмосферы и воды, изменив свой климат который мог бы поддерживать жизнь, на климат холодный, сухой и негостеприимный. Поскольку протонное сияние генерируется косвенно водородом, полученным из марсианской воды, которая находится в процессе исчезновения, это сияние может быть использовано для отслеживания текущих потерь марсианской воды.

«В этом новом исследовании, использующем данные MAVEN / IUVS за несколько лет на Марсе, команда обнаружила, что периоды повышенного выброса в атмосферу соответствуют увеличению интенсивности протонного сияния», — сказала Андреа Хьюз из Авиационного университета Эмбри-Риддл в Дейтона-Бич, Флорида. Хьюз является ведущим автором статьи в исследовании, опубликованном 12 декабря в журнале Geophysical Research: Space Physics. Возможно, однажды, когда межпланетные путешествия станут обычным явлением, путешественники, прибывающие на Марс в течение лета, будут иметь места в первом ряду, чтобы наблюдать марсианское протонное сияние, величественно танцующее по всей дневной планете (разумеется, в защитных очках, чувствительных к ультрафиолету). Эти путешественники своими глазами увидят заключительные стадии того, как Марс теряет остатки своей воды в космосе. Хьюз представит исследование 12 декабря на заседании Американского геофизического союза в Сан-Франциско.

Разные явления порождают разные виды сияний. Однако все полярные сияния на Земле и Марсе питаются от солнечной активности, будь то взрывы высокоскоростных частиц, известных как солнечные бури, извержения газовых и магнитных полей, известные как выбросы корональной массы или порывы солнечного ветра, потока электропроводящего газа, который непрерывно передвигается в космосе со скоростью около миллиона километров в час. Например, северные и южные сияния на Земле происходят, когда сильная солнечная активность нарушает магнитосферу Земли, заставляя высокоскоростные электроны врезаться в частицы газа в ночной верхней атмосфере Земли и заставлять их светиться. Подобные процессы порождают дискретное и диффузное сияние Марса — два типа сияний, которые ранее наблюдались на марсианской ночной стороне.

Протонные полярные сияния образуются, когда протоны солнечного ветра (которые являются атомами водорода, лишенными своих электронов) взаимодействуют с верхней атмосферой на дневной стороне Марса. По мере приближения к Марсу протоны, поступающие с солнечным ветром, превращаются в нейтральные атомы, крадя электроны у атомов водорода на внешней границе марсианской водородной короны, огромного облака водорода, окружающего планету. Когда эти высокоскоростные входящие атомы попадают в атмосферу, часть их энергии излучается в виде ультрафиолетового света.

Когда команда MAVEN впервые увидела протонное сияние, они подумали, что это относительно необычное явление. «Сначала мы полагали, что эти события были довольно редки, потому что мы не смотрели в нужное время и в нужные места», — сказал Майк Чаффин, научный сотрудник Лаборатории физики атмосферы и космоса (LASP) Университета Колорадо Боулдер и второй автор исследования. «Но при ближайшем рассмотрении мы обнаружили, что протонные полярные сияния встречаются гораздо чаще в дневных наблюдениях летом, чего мы изначально ожидали». Команда обнаружила протонное сияние примерно в 14% своих дневных наблюдений, которое увеличивается более чем в 80% случаев, когда рассматриваются только дневные южные летние наблюдения.

Корреляция летом дала понять, почему протонные полярные сияния так распространены, и как их можно использовать для отслеживания потерь воды. В течение лета на Марсе планета также находилась на близком расстоянии от Солнца на своей орбите, и в это время на Марсе происходили огромные пыльные бури. Летнее потепление и пылевая активность, по-видимому, вызывают протонные полярные сияния, заставляя воду, находящуюся высоко в атмосфере, испаряться интенсивней. Солнечный ультрафиолетовый свет разлагает воду на составляющие, водород и кислород. Легкий водород слабо связан гравитацией Марса и усиливает водородную корону, окружающую Марс, увеличивая потери водорода в космосе. Большее количество водорода в короне делает взаимодействие с протонами солнечного ветра более распространенным, делая протонное сияние более частым и ярким.

«Все условия, необходимые для создания марсианского протонного сияния (например, протонов солнечного ветра, расширенной водородной атмосферы и отсутствия глобального магнитного поля) чаще происходят на Марсе, чем те, которые необходимы для создания других типов сияний», — сказал Хьюз. Кроме того, связь между наблюдениями MAVEN об увеличении исчезновении воды в атмосфере и увеличении частоты и интенсивности протонного сияния".