L'aurora protonica irregolare su Marte si forma quando le condizioni turbolente attorno al pianeta consentono alle particelle cariche di idrogeno provenienti dal Sole di fluire nell'atmosfera marziana.
Le osservazioni aurorali a distanza di Emirates Mars Mission (EMM), la sonda degli Emirati Arabi conosciuta come Hope, abbinate alle osservazioni al plasma in situ effettuate da Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) della NASA aprono la strada a una diversa comprensione dell'atmosfera marziana. Lo studio è apparso sulla rivista Geophysical Research Letters.
La nuova ricerca rivela che questi eventi diurni non sono sempre diffusi, privi di caratteristiche e uniformemente distribuiti, ma altamente dinamici e variabili, contenenti strutture a scala fine.
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.
Aurore dinamiche
Le osservazioni di EMM di un'aurora protonica irregolare sono una finestra su circostanze rare, durante le quali l'interazione Marte-vento solare è diretta e caotica.
L'aurora protonica, scoperta da MAVEN nel 2018, è un tipo di aurora marziana che si forma quando il vento solare, composto da particelle cariche provenienti dal Sole, interagisce con l'atmosfera superiore del pianeta. Le tipiche osservazioni dell'aurora protonica effettuate da MAVEN e dalla missione Mars Express dell'ESA mostrano che queste aurore appaiono lisce e uniformemente distribuite nell'emisfero. Al contrario, EMM ha osservato che l'aurora protonica appariva altamente dinamica e variabile. Queste "aurore protoniche irregolari" si formano quando le condizioni turbolente intorno a Marte consentono alle particelle cariche 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 dal cosiddetto bow shock, cioè l'onda di prua che fa da brusco confine tra il vento solare e la magnetosfera di un pianeta, e dai campi magnetici che circondano presenti. Questi, lo ricordiamo, su Marte non hanno una struttura globale come sulla Terra ma hanno la forma di tanti "ombrelli" locali ma, per quanto deboli siano, di solito sono abbastanza adeguati per deviare molti dei protoni e dei neutroni in arrivo dal Sole.
"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.
Confronto dei meccanismi di formazione dell'aurora protonica normale e irregolare su Marte. L'immagine in alto mostra il normale meccanismo di formazione dell'aurora protonica scoperto per la prima volta nel 2018. L'immagine in basso mostra il meccanismo di formazione appena scoperto per l'aurora protonica irregolare.
Crediti: Missione degli Emirati su Marte/Agenzia spaziale degli Emirati Arabi Uniti
Una collaborazione importante
La condivisione dei dati tra MAVEN ed EMM ha consentito agli scienziati di determinare cosa guida l'aurora protonica su Marte.
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 dispone di una suite completa di strumenti al plasma, tra cui il magnetometro (MAG), il Solar Wind Ion Analyzer (SWIA) e il SupraThermal And Thermal Ion Composition (STATIC), i cui dati sono stati utilizzati nello studio.
"Le osservazioni globali di EMM dell'alta atmosfera forniscono una prospettiva unica su una regione fondamentale per la scienza MAVEN", ha affermato Shannon Curry, ricercatrice principale di MAVEN, dello Space Sciences Laboratory dell'UC Berkeley. "Questi tipi di osservazioni simultanee sondano la fisica fondamentale della dinamica atmosferica e dell'evoluzione ed evidenziare i vantaggi della collaborazione scientifica internazionale”.
"L'accesso ai dati MAVEN è stato essenziale per collocare queste nuove osservazioni EMM in un contesto più ampio", ha affermato il capo scientifico dell'EMM Hessa Al Matroushi. "Insieme, stiamo spingendo i confini della nostra conoscenza esistente non solo di Marte, ma delle interazioni planetarie con il vento solare".
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