Aurora protonica su Marte. Primo, un protone del vento solare si avvicina a Marte ad alta velocità e incontra una nube di idrogeno che circonda il pianeta. Il protone ruba un elettrone da un atomo di idrogeno marziano, diventando così un atomo neutro. L'atomo passa attraverso il bowshock, un ostacolo magnetico che circonda Marte, perché le particelle neutre non sono influenzate dai campi magnetici. Finalmente, l'atomo di idrogeno entra nell'atmosfera di Marte e si scontra con molecole di gas, facendo sì che l'atomo emetta luce ultravioletta. Credito:NASA/MAVEN/Goddard Space Flight Center/Dan Gallagher
Le aurore appaiono sulla Terra come manifestazioni spettrali di luce colorata nel cielo notturno, di solito vicino ai poli. Anche il nostro vicino roccioso Marte ha le aurore, e la navicella spaziale MAVEN della NASA ha appena scoperto un nuovo tipo di aurora marziana che si verifica su gran parte del lato diurno del Pianeta Rosso, dove le aurore sono molto difficili da vedere.
Le aurore divampano quando particelle energetiche si immergono nell'atmosfera di un pianeta, bombardando i gas e facendoli brillare. Mentre gli elettroni generalmente causano questo fenomeno naturale, a volte i protoni possono suscitare la stessa risposta, anche se è più raro. Ora, il team MAVEN ha appreso che i protoni su Marte stavano facendo la stessa cosa degli elettroni che di solito fanno sulla Terra:creare l'aurora. Ciò è particolarmente vero quando il Sole emette un impulso particolarmente forte di protoni, che sono atomi di idrogeno privati dei loro elettroni solitari da un calore intenso. Il Sole espelle protoni a velocità fino a due milioni di miglia all'ora (più di 3 milioni di chilometri all'ora) in un flusso irregolare chiamato vento solare.
Il team MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution mission) stava studiando l'atmosfera di Marte con l'Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS), e ha osservato che a volte, la luce ultravioletta proveniente dal gas idrogeno nell'atmosfera superiore di Marte si illuminerebbe misteriosamente per alcune ore. Hanno poi notato che gli eventi illuminanti si sono verificati quando un altro strumento MAVEN, il Solar Wind Ion Analyzer (SWIA), misurato i protoni del vento solare potenziato.
Osservazioni MAVEN di un'aurora protonica. Nel pannello superiore, la variabilità naturale del vento solare si traduce in flussi densi occasionali di protoni del vento solare che bombardano Marte. In fondo, le osservazioni dello spettrografo a raggi ultravioletti di imaging di MAVEN mostrano un aumento dell'emissione ultravioletta dall'atmosfera quando il vento solare aumenta. Credito:NASA/MAVEN/Università del Colorado/LASP/Anil Rao
Ma due enigmi fanno sembrare impossibile a prima vista questo tipo di aurora:come hanno fatto questi protoni a superare lo "shock dell'arco" del pianeta, " un ostacolo magnetico che normalmente devia le particelle cariche del vento solare intorno al pianeta? E come potrebbero i protoni emettere luce, poiché gli atomi hanno bisogno degli elettroni per farlo?
"La risposta è stata un furto, " ha detto Justin Deighan, del Laboratorio di fisica dell'atmosfera e dello spazio dell'Università del Colorado, Masso, autore principale di un articolo su questa ricerca apparso il 23 luglio in Astronomia della natura . "Mentre si avvicinano a Marte, i protoni che entrano con il vento solare si trasformano in atomi neutri rubando elettroni dal bordo esterno dell'enorme nube di idrogeno che circonda il pianeta. L'ammortizzatore di prua può solo deviare le particelle cariche, quindi questi atomi neutri continuano fino in fondo." Quando quegli atomi in arrivo ad alta velocità colpiscono l'atmosfera, parte della loro energia veniva emessa sotto forma di luce ultravioletta, che è invisibile all'occhio umano ma rilevabile da strumenti come lo IUVS su MAVEN. Infatti, un atomo in arrivo può scontrarsi con le molecole nell'atmosfera centinaia di volte prima di rallentare, emettendo una sfilza di fotoni ultravioletti.
"Le aurore protoniche marziane sono più di uno spettacolo di luci, " ha detto Jasper Halekas dell'Università dell'Iowa, responsabile dello strumento SWIA. "Rivelano che il vento solare non è completamente deviato intorno a Marte, mostrando come i protoni del vento solare possono sgattaiolare oltre lo shock di prua e avere un impatto sull'atmosfera, depositando energia e persino aumentando il contenuto di idrogeno lì."
Le aurore protoniche si verificano sulla Terra, ma non così spesso come su Marte. Una differenza fondamentale è il forte campo magnetico terrestre, che devia il vento solare lontano dalla Terra in misura molto maggiore che su Marte. Sulla terra, le aurore protoniche si verificano solo in regioni molto piccole vicino ai poli, mentre su Marte possono accadere ovunque.
Però, le aurore protoniche potrebbero essere comuni su Venere e sulla luna di Saturno, Titano. come Marte, questi due mondi mancano dei propri campi magnetici, e hanno molto idrogeno nelle loro atmosfere superiori, con molti elettroni da condividere. Guardando oltre, è probabile che molti pianeti in orbita attorno ad altre stelle abbiano le stesse condizioni favorevoli, e potrebbe avere anche aurore protoniche.
