Forscher erklären, wie Polarlichter ohne globales Magnetfeld auf dem Mars entstehen

Im Juli 2021, wir berichteten wie die von den Vereinigten Arabischen Emiraten zur Untersuchung der Marsatmosphäre entsandte Hope-Sonde Bilder der Nachtseite veröffentlicht hatte Aurora auf dem Mars. „Sie sind nicht leicht zu fangen, und deshalb war es irgendwie aufregend und unerwartet, sie im Grunde genommen sofort mit Emirates Mars Mission zu sehen“, sagte Justin Deighan, ein Planetenwissenschaftler an der University of Colorado und Stellvertreterwissenschaftlicher Leiter der Mission, erzählt Weltraum.com damals.

Aurora ohne globales Magnetfeld

Dies war ein selten gesehenes Ereignis und warf die Frage auf: Wie bilden sich Polarlichter auf dem Roten Planeten ohne ein globales Magnetfeld? Nun, pHysiker unter Leitung der University of Iowa haben die Antwort gefunden, laut Pressemitteilung der Institution veröffentlicht am Mittwoch.

Die Mars-Aurora ist ein Licht am Himmel, das hauptsächlich während der Nacht auf der südlichen Hemisphäre des Roten Planeten auftritt. Obwohl ihre Existenz seit einiger Zeit bekannt ist, waren Wissenschaftler ratlos darüber, wie sie entstehen, weil der Mars dies tutkein globales Magnetfeld wie die Erde haben, die die Hauptquelle für Polarlichter auf unserem kostbaren Planeten ist.

Die Physiker behaupten jetzt, dass neue Forschungen aufgedeckt haben, dass Polarlichter auf dem Mars durch die Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind und Magnetfeldern entstehen, die von der Kruste in südlichen Breiten auf dem Roten Planeten erzeugt werden.

„Wir haben die erste detaillierte Studie, die untersucht, wie sich Sonnenwindbedingungen auf die Aurora auf dem Mars auswirken“, sagte Zachary Girazian, assoziierter Forschungswissenschaftler am Institut für Physik und Astronomie und korrespondierender Autor der Studie.

"Unsere Haupterkenntnis ist, dass innerhalb der starken Krustenfeldregion die Aurora-Vorkommensrate hauptsächlich von der Ausrichtung des Sonnenwind-Magnetfelds abhängt, während außerhalb der starken Krustenfeldregion die Vorkommensrate hauptsächlich vom Sonnenwind-Dynamikdruck abhängt."

Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, mussten die Forscher mehr als 200 Beobachtungen diskreter Polarlichter auf dem Mars durch die von der NASA geführte Raumsonde Mars Atmosphere and Volatile Evolution MAVEN mit einem Werkzeug namens Solar Wind Ion Analyzer untersuchen. Dieses Werkzeug misst den Sonnenwind und den Magnetosheath-Protonenfluss um den Mars und schränkt die Art der Wechselwirkungen des Sonnenwinds mit der oberen Atmosphäre ein.

„Jetzt ist eine sehr fruchtbare und aufregende Zeit für die Erforschung der Polarlichter auf dem Mars. Die Datenbank mit diskreten Polarlichtbeobachtungen, die wir von MAVEN haben, ist die erste ihrer Art und ermöglicht uns zum ersten Mal, grundlegende Merkmale der Polarlichter zu verstehen“, Girazianabgeschlossen.

Protonen-Aurora?

Die neuen Erkenntnisse ergänzen eine Studie das wurde letztes Jahr veröffentlicht und enthüllte, dass die Aurora des Mars Protonen-Aurora war.

"Protonen-Auroren sind eine besondere Klasse von Polarlichtphänomenen, die durch energiereiche Protonen verursacht werden, die in eine Planetenatmosphäre ausfallen. Die bestimmende Beobachtungssignatur sind atomare Wasserstoffemissionen von den ausfallenden Teilchen, nachdem sie ein Elektron aus dem neutralen atmosphärischen Gas erhalten haben, ein Prozess, der als Ladung bekannt istAustausch", schrieben die Forscher damals ihr Studium.

Die neue Studie wird veröffentlicht im Journal of Geophysical Research: Weltraumphysik.

Zusammenfassung:

Diskrete Polarlichter auf dem Mars, gekennzeichnet durch ihre kleine räumliche Ausdehnung und die Tendenz, nahe starke Krustenmagnetfelder zu bilden, sind Emissionen, die durch Partikelniederschlag in die obere Marsatmosphäre erzeugt werden. Seit 2014, Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN's MAVEN's Imaging Ultraviolet Spectrograph IUVS hat während seiner routinemäßigen nächtlichen Periapsis-Extremitätenscans eine große Sammlung diskreter UV-Aurora-Beobachtungen erhalten.Eine erste Analyse dieser Beobachtungen hat gezeigt, dass die diskrete IUVS-Aurora-Erkennungsfrequenz in der Nähe der stärksten Krustenmagnetfelder in der südlichen Hemisphäre sehr empfindlich auf diese reagiertdes Uhrwinkels des interplanetaren Magnetfelds IMF. Die Rolle anderer Eigenschaften des Sonnenwinds bei der Steuerung der Erfassungsfrequenz diskreter Polarlichter wurde jedoch noch nicht bestimmt. In dieser Arbeit verwenden wir die IUVS-Beobachtungen diskreter Polarlichter zusammen mit MAVEN-Beobachtungen desSonnenwind stromaufwärts, um zu bestimmen, wie sich die diskrete Aurora-Erkennungsfrequenz ändertdynamischer Sonnenwinddruck, IMF-Stärke und IMF-Kegelwinkel.Wir stellen fest, dass außerhalb der starken Krustenfeldregion SCFR auf der Südhalbkugel die Aurora-Erkennungsfrequenz relativ unempfindlich gegenüber der IMF-Ausrichtung ist, aber mit dem dynamischen Druck des Sonnenwinds signifikant zunimmt und mit der IMF-Stärke moderat zunimmt.Obwohl hohe dynamische Drücke des Sonnenwinds dazu führen, dass sich mehr Polarlichter bilden, haben sie interessanterweise wenig Einfluss auf die Helligkeit der Polarlichtemissionen.Alternativ ist die Erkennungsfrequenz innerhalb des SCFR nur mäßig abhängig vom dynamischen Druck des Sonnenwinds und viel empfindlicher gegenüber der IMF-Uhr und den Kegelwinkeln.Im SCFR ist es unwahrscheinlich, dass Polarlichter auftreten, wenn die IMF in die radiale oder antiradiale Richtung zeigt, wenn der Kegelwinkel arccosB_x/|B| ist kleiner als 30° oder zwischen 120° und 150°.Zusammen liefern diese Ergebnisse die erste umfassende Charakterisierung dessen, wie sich stromaufwärts gelegene Sonnenwindbedingungen auf die Bildung diskreter Polarlichter auf dem Mars auswirken.