Unsere Augen können sie nicht sehen, aber Mars-Auroren sind da und alltäglicher als wir einst dachten. Die Mars-Auroren wurden erstmals 2016 von der NASA-Raumsonde MAVEN entdeckt. Jetzt erweitern einige neue Ergebnisse unser Wissen über diese ungewöhnlichen Auroren.
Die meisten Leser des Space Magazine wissen um die Auroren der Erde und wie sie entstehen. Wenn ein ausreichend starker Sonnenwind auf die Erdmagnetosphäre trifft, werden Partikel (normalerweise Elektronen, manchmal aber auch Protonen) angeregt und ionisieren verschiedene Komponenten in der Atmosphäre. Das strahlt unterschiedliche Farben und Formen des Lichts aus. Das Phänomen erzeugt eine bewegende, kurzlebige Darstellung, die das Auge fesselt. Auroren sind normalerweise auf die nördlichen und südlichen Polarbreiten beschränkt, außer wenn der Sonnenwind sehr stark ist.
Mars-Auroren sind ähnlich und unterschiedlich.
Mars-Auroren sind alle Protonen-Auroren und treten tagsüber auf. Sie senden nur ultraviolettes Licht aus, was bedeutet, dass unsere Augen für sie blind sind. Ein Instrument auf dem Raumschiff MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) kann sie jedoch sehen. Es wird als Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS) bezeichnet.
MAVEN untersucht die Marsatmosphäre. Eine seiner Fragen ist sehr spezifisch: Wie hat es seine Atmosphäre verloren? Um darauf zu antworten, beobachtet es die obere Atmosphäre, die Ionosphäre und wie der Mars mit dem Sonnenwind interagiert. Im Rahmen seiner Arbeit entdeckte es die Protonenauroren des Mars.
Die Mars-Protonen-Auroren und der Verlust der Marsatmosphäre und der Bewohnbarkeit sind miteinander verbunden. Der Mars ist von einer Wasserstoffkorona umgeben, die vom Planeten selbst kommt. Wenn dieser Wasserstoff vom Mars entweicht, entsteht Wasserverlust. Es besteht eine Korrelation zwischen der Rate und Intensität der Marsauroren und dem Wasserverlust.
"Vielleicht eines Tages, wenn interplanetare Reisen an der Tagesordnung sind ... werden Reisende die letzten Stadien des Mars hautnah miterleben, in denen er den Rest seines Wassers an den Weltraum verliert."
Andréa Hughes, Hauptautorin, Embry-Riddle Aeronautical University
Wenn der Sonnenwind von der Sonne auf den Mars trifft, sind es wirklich nur Protonen: Wasserstoffatome, deren Elektronen durch intensive Hitze abgestreift werden. Das Proton trifft auf die Wasserstoffkorona, stiehlt ein Elektron und wird mit einer neutralen Ladung wieder zu einem Atom. Da es jetzt neutral ist, umgeht es den Bugschock der Mars-Magnetosphäre. Dann knallt das Atom in die dünne Marsatmosphäre, kollidiert mit Gasmolekülen und emittiert ultraviolettes Licht.
"In dieser neuen Studie unter Verwendung von MAVEN / IUVS-Daten aus mehreren Marsjahren hat das Team festgestellt, dass Perioden mit erhöhtem atmosphärischem Entweichen mit einem Anstieg des Auftretens und der Intensität der Protonenaurora korrespondieren", sagte Andréa Hughes von der Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona Beach, Florida . Hughes ist Hauptautor eines neuen Papiers mit dem Titel "Proton Aurora auf dem Mars: Ein Phänomen am Tag, das im südlichen Sommer allgegenwärtig ist". Es wurde am 12. Dezember im Journal of Geophysical Research, Space Physics veröffentlicht.
„Vielleicht haben Reisende, die im südlichen Sommer auf dem Mars ankommen, eines Tages, wenn interplanetare Reisen an der Tagesordnung sind, Sitzplätze in der ersten Reihe, um die Mars-Protonen-Aurora zu beobachten, die majestätisch über die Tage des Planeten tanzt (natürlich mit ultraviolettempfindlicher Schutzbrille). Diese Reisenden werden hautnah miterleben, wie der Mars den Rest seines Wassers an den Weltraum verliert “, sagte Hughes in einer Pressemitteilung.
Als MAVEN zum ersten Mal die Mars-Auroren entdeckte, hielten Wissenschaftler dies für ein relativ seltenes Phänomen. Aber jetzt haben sie diese UV-Protonen-Auroren viel häufiger gefunden. "Zuerst glaubten wir, dass diese Ereignisse eher selten waren, weil wir nicht auf die richtigen Zeiten und Orte schauten", sagte Mike Chaffin, Forscher am Boulder Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) der Universität von Colorado und zweiter Autor der Studie.
"Bei näherer Betrachtung stellten wir jedoch fest, dass Protonenaurora bei sommerlichen Sommerbeobachtungen am Tag weitaus häufiger auftritt als ursprünglich erwartet." Das Team hat in etwa 14 Prozent seiner Tagesbeobachtungen Protonenaurora gefunden, was sich auf mehr als 80 Prozent der Zeit erhöht, wenn nur Tagesbeobachtungen im südlichen Sommer berücksichtigt werden. "Im Vergleich dazu hat IUVS in einigen Prozent der Umlaufbahnen mit günstiger Geometrie diffuse Aurora auf dem Mars entdeckt, und diskrete Aurora-Erkennungen sind im Datensatz noch seltener", sagte Nick Schneider, Mitautor und Leiter des IUVS-Teams bei LASP.
Die Tatsache, dass diese Auroren im Sommer, insbesondere im südlichen Sommer, zahlreicher sind, faszinierte Wissenschaftler. Es war ein Hinweis darauf, wie sie den anhaltenden Wasserverlust des Mars verfolgen konnten. Der Mars ist im Süden und Sommer der Sonne am nächsten und erhält daher mehr Sonnenwind. Der Sommer kann auch riesige Staubstürme hervorrufen, die nicht nur riesige Staubtürme mit einer Höhe von bis zu 80 Kilometern erzeugen, sondern auch Wasserdampf hoch in die Atmosphäre drücken.
Solares UV zerlegt den Wasserdampf in Wasserstoff und Sauerstoff, und der erhöhte Wasserstoffgehalt in der Wasserstoffkorona des Mars bedeutet, dass die Wechselwirkungen zwischen ihm und den Sonnenpartikeln zunehmen und UV-Auroren entstehen.
„Alle Bedingungen, die zur Erzeugung der Mars-Protonen-Aurora erforderlich sind (z.B., Sonnenwindprotonen, eine ausgedehnte Wasserstoffatmosphäre und das Fehlen eines globalen Dipolmagnetfelds sind auf dem Mars häufiger verfügbar als solche, die zur Erzeugung anderer Arten von Aurora benötigt werden “, sagte Hughes. „Der Zusammenhang zwischen MAVENs Beobachtungen eines erhöhten atmosphärischen Entweichens und einer Zunahme der Häufigkeit und Intensität der Protonenaurora bedeutet auch, dass die Protonenaurora tatsächlich als Proxy für das Geschehen in der den Mars umgebenden Wasserstoffkorona und damit als Proxy für Zeiten zunehmender Protone verwendet werden kann atmosphärische Flucht und Wasserverlust. “
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