L'aurora protonica irregolare su Marte si forma quando le condizioni turbolente attorno al pianeta consentono alle particelle di idrogeno carico dal Sole di fluire nell'atmosfera marziana. Le immagini del 5 agosto mostrano le condizioni atmosferiche tipiche, in cui lo strumento EMM EMUS non rileva alcuna attività insolita a due lunghezze d'onda associate all'atomo di idrogeno. Ma l'11 e il 30 agosto, lo strumento ha osservato un'aurora irregolare a entrambe le lunghezze d'onda, indicando interazioni turbolente con il vento solare. Credito:EMM/EMUS
La missione MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) della NASA e la missione Mars degli Emirati Arabi Uniti (EMM) hanno rilasciato osservazioni congiunte di eventi dinamici dell'aurora protonica su Marte. Le osservazioni aurorali a distanza di EMM abbinate alle osservazioni al plasma in situ effettuate da MAVEN aprono nuove strade per la comprensione dell'atmosfera marziana. Questa collaborazione è stata resa possibile dalla recente condivisione dei dati tra le due missioni e mette in evidenza il valore delle osservazioni multipunto nello spazio. Uno studio di questi risultati appare sulla rivista Geophysical Research Letters .
Nel nuovo studio, EMM ha scoperto strutture su scala fine nell'aurora protonica che copriva l'intera giornata di Marte. L'aurora protonica, scoperta da MAVEN nel 2018, è un tipo di aurora marziana che si forma quando il vento solare, costituito da particelle cariche provenienti dal Sole, interagisce con l'atmosfera superiore. Le tipiche osservazioni dell'aurora protonica effettuate da MAVEN e dalla missione Mars Express dell'ESA (l'Agenzia spaziale europea) mostrano che queste aurore appaiono lisce e distribuite uniformemente nell'emisfero. Al contrario, EMM ha osservato l'aurora protonica che appariva altamente dinamica e variabile. Queste "aurora protonica irregolare" si formano quando le condizioni turbolente intorno a Marte consentono alle particelle cariche di inondarsi direttamente nell'atmosfera e brillano mentre rallentano.
"Le osservazioni di EMM hanno suggerito che l'aurora era così diffusa e disorganizzata che l'ambiente plasmatico intorno a Marte doveva essere stato veramente disturbato, al punto che il vento solare stava influenzando direttamente l'alta atmosfera ovunque abbiamo osservato l'emissione aurorale", ha detto Mike Chaffin, un MAVEN e lo scienziato EMM con sede presso il Laboratory for Atmospheric and Space Physics presso l'Università del Colorado Boulder e autore principale dello studio.
"Combinando le osservazioni aurorali EMM con le misurazioni MAVEN dell'ambiente del plasma aurorale, possiamo confermare questa ipotesi e determinare che ciò che stavamo vedendo era essenzialmente una mappa di dove il vento solare stava piovendo sul pianeta."
Normalmente è difficile per il vento solare raggiungere l'alta atmosfera di Marte perché viene reindirizzato dallo shock dell'arco e dai campi magnetici che circondano il pianeta. Le osservazioni irregolari dell'aurora protonica sono quindi una finestra su circostanze rare, durante le quali l'interazione Marte-vento solare è caotica. "Il pieno impatto di queste condizioni sull'atmosfera marziana è sconosciuto, ma le osservazioni EMM e MAVEN giocheranno un ruolo chiave nella comprensione di questi eventi enigmatici", ha affermato Chaffin.
L'immagine in alto mostra il normale meccanismo di formazione dell'aurora protonica scoperto per la prima volta nel 2018. Le linee bianche mostrano che i protoni del vento solare che si allontanano dal Sole vengono normalmente spostati intorno al pianeta dalla magnetosfera di Marte e non interagiscono direttamente con l'atmosfera. Quando si verifica l'aurora protonica, una piccola frazione del vento solare si scontra con l'idrogeno di Marte nella corona estesa del pianeta (mostrata in blu) e si scambiano cariche in atomi di H neutri. Questi atomi di H appena creati viaggiano ancora alla stessa velocità e non sono più sensibili alle forze magnetosferiche che reindirizzano i protoni attorno al pianeta. Invece, gli atomi di H energetici sbattono direttamente nell'atmosfera superiore di Marte e si scontrano più volte con l'atmosfera neutra, provocando l'emissione aurorale degli atomi di H incidenti (viola). Poiché il vento solare e la corona di Marte sono uniformi in tutto il pianeta, l'aurora si verifica ovunque sul lato diurno del pianeta con una luminosità uniforme. L'immagine in basso mostra il meccanismo di formazione appena scoperto per l'aurora protonica irregolare. Le linee verdi nell'immagine in alto mostrano che in condizioni normali il campo magnetico del vento solare si estende bene attorno al pianeta. Al contrario, l'aurora protonica irregolare si forma in circostanze insolite quando il campo magnetico del vento solare è allineato con il flusso di protoni. In tali condizioni la tipica configurazione del campo magnetico drappeggiato viene sostituita da un mosaico altamente variabile di strutture plasmatiche, e il vento solare è in grado di influenzare direttamente l'alta atmosfera del pianeta in luoghi specifici che dipendono dalla struttura della turbolenza. Quando i protoni del vento solare in entrata entrano in collisione con l'atmosfera neutra, possono essere neutralizzati ed emettere aurora in zone localizzate. Durante tali periodi, l'aurora protonica irregolare forma una mappa dei luoghi in cui il plasma del vento solare ha un impatto diretto sul pianeta. Credito:Missione degli Emirati su Marte/Agenzia Spaziale degli Emirati Arabi Uniti
La condivisione dei dati tra MAVEN ed EMM ha consentito agli scienziati di determinare i driver dietro l'aurora protonica irregolare. EMM trasporta lo strumento Emirates Mars Ultraviolet Spectrograph (EMUS), che osserva l'atmosfera superiore e l'esosfera del Pianeta Rosso, scansionando la variabilità nella composizione atmosferica e la fuga atmosferica nello spazio. MAVEN offre una suite completa di strumenti al plasma, tra cui il magnetometro (MAG), l'analizzatore di ioni del vento solare (SWIA) e lo strumento di composizione di ioni sovratermici e termici (STATIC) utilizzati in questo studio.
"Le osservazioni globali di EMM dell'alta atmosfera forniscono una prospettiva unica su una regione fondamentale per la scienza di MAVEN", ha affermato Shannon Curry, ricercatore principale di MAVEN, dello Space Sciences Laboratory della UC Berkeley. "Questi tipi di osservazioni simultanee sondano la fisica fondamentale della dinamica e dell'evoluzione atmosferica ed evidenziano i vantaggi della collaborazione scientifica internazionale."
Il capo scientifico dell'EMM Hessa Al Matroushi è d'accordo. "L'accesso ai dati MAVEN è stato essenziale per inserire queste nuove osservazioni EMM in un contesto più ampio", ha affermato. "Insieme, stiamo spingendo i confini della nostra attuale conoscenza non solo di Marte, ma delle interazioni planetarie con il vento solare."
Le misurazioni multipunto di vista hanno già dimostrato di essere una risorsa nella ricerca sulla Terra e sull'eliofisica. Su Marte, oltre una mezza dozzina di orbitanti stanno ora effettuando osservazioni scientifiche e con l'emisfero sud di Marte che attualmente sta vivendo l'estate, quando l'aurora protonica è nota per essere la più attiva, le osservazioni multi-punto di vista saranno fondamentali per capire come si formano questi eventi. La collaborazione tra EMM e MAVEN dimostra il valore della scienza a livello di scoperta sull'atmosfera marziana con due veicoli spaziali che osservano simultaneamente la stessa regione. + Esplora ulteriormente
