A aurora de prótons em Marte se forma quando condições turbulentas ao redor do planeta permitem que partículas de hidrogênio carregadas do Sol fluam para a atmosfera marciana. Imagens de 5 de agosto mostram as condições atmosféricas típicas, nas quais o instrumento EMM EMUS não detecta atividade incomum em dois comprimentos de onda associados ao átomo de hidrogênio. Mas em 11 e 30 de agosto, o instrumento observou auroras irregulares em ambos os comprimentos de onda, indicando interações turbulentas com o vento solar. Crédito:EMM/EMUS
A missão MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) da NASA e a Emirates Mars Mission (EMM) dos Emirados Árabes Unidos divulgaram observações conjuntas de eventos dinâmicos de aurora de prótons em Marte. Observações aurorais remotas por EMM emparelhadas com observações de plasma in situ feitas pela MAVEN abrem novos caminhos para a compreensão da atmosfera marciana. Essa colaboração foi possibilitada pelo recente compartilhamento de dados entre as duas missões e destaca o valor das observações multiponto no espaço. Um estudo dessas descobertas aparece na revista
Geophysical Research Letters .
No novo estudo, a EMM descobriu estruturas em escala fina na aurora de prótons que abrangem todo o lado diurno de Marte. A aurora de prótons, descoberta pela MAVEN em 2018, é um tipo de aurora marciana que se forma quando o vento solar, composto de partículas carregadas do Sol, interage com a atmosfera superior. Observações típicas da aurora de prótons feitas pela missão Mars Express da MAVEN e da ESA (Agência Espacial Européia) mostram que essas auroras parecem suaves e uniformemente distribuídas pelo hemisfério. Por outro lado, o EMM observou a aurora de prótons que parecia altamente dinâmica e variável. Essas "auroras de prótons irregulares" se formam quando as condições turbulentas ao redor de Marte permitem que as partículas carregadas inundem diretamente na atmosfera e brilhem à medida que desaceleram.
“As observações do EMM sugeriram que a aurora era tão difundida e desorganizada que o ambiente de plasma ao redor de Marte deve ter sido realmente perturbado, a ponto de o vento solar estar impactando diretamente a atmosfera superior onde quer que observamos emissão auroral”, disse Mike Chaffin, um especialista da MAVEN. e cientista de EMM baseado no Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade de Colorado Boulder e principal autor do estudo.
“Ao combinar observações aurorais EMM com medições MAVEN do ambiente de plasma auroral, podemos confirmar essa hipótese e determinar que o que estávamos vendo era essencialmente um mapa de onde o vento solar estava chovendo no planeta”.
Normalmente, é difícil para o vento solar atingir a atmosfera superior de Marte porque é redirecionado pelo choque do arco e pelos campos magnéticos que cercam o planeta. As observações irregulares da aurora de prótons são, portanto, uma janela para raras circunstâncias – aquelas durante as quais a interação Marte-vento solar é caótica. "O impacto total dessas condições na atmosfera marciana é desconhecido, mas as observações do EMM e do MAVEN desempenharão um papel fundamental na compreensão desses eventos enigmáticos", disse Chaffin.
A imagem superior mostra o mecanismo normal de formação da aurora de prótons descoberto pela primeira vez em 2018. As linhas brancas mostram que os prótons do vento solar que se afastam do Sol são normalmente varridos ao redor do planeta pela magnetosfera de Marte e não interagem diretamente com a atmosfera. Quando a aurora de prótons ocorre, uma pequena fração do vento solar colide com o hidrogênio de Marte na coroa estendida do planeta (mostrada em azul) e troca de carga em átomos de H neutros. Esses átomos de H recém-criados ainda estão viajando na mesma velocidade e não são mais sensíveis às forças magnetosféricas que redirecionam prótons ao redor do planeta. Em vez disso, os átomos de H energéticos batem diretamente na atmosfera superior de Marte e colidem várias vezes com a atmosfera neutra, resultando em emissão auroral pelos átomos de H incidentes (roxo). Como o vento solar e a coroa de Marte são uniformes em todo o planeta, a aurora ocorre em todos os lugares do lado diurno do planeta com um brilho uniforme. A imagem inferior mostra o mecanismo de formação recém-descoberto para a aurora de prótons irregular. As linhas verdes na imagem superior mostram que, em condições normais, o campo magnético do vento solar cobre bem o planeta. Por outro lado, a aurora de prótons irregular se forma durante circunstâncias incomuns quando o campo magnético do vento solar está alinhado com o fluxo de prótons. Sob tais condições, a configuração típica do campo magnético drapeado é substituída por uma colcha de retalhos altamente variável de estruturas de plasma, e o vento solar é capaz de impactar diretamente a atmosfera superior do planeta em locais específicos que dependem da estrutura da turbulência. Quando os prótons do vento solar colidem com a atmosfera neutra, eles podem ser neutralizados e emitir auroras em manchas localizadas. Durante esses tempos, a aurora de prótons irregular forma um mapa dos locais onde o plasma do vento solar está impactando diretamente o planeta. Crédito:Emirates Mars Mission/Agência Espacial dos Emirados Árabes Unidos
O compartilhamento de dados entre MAVEN e EMM permitiu aos cientistas determinar os drivers por trás da aurora de prótons irregular. O EMM carrega o instrumento Emirates Mars Ultraviolet Spectrograph (EMUS), que observa a atmosfera superior e a exosfera do Planeta Vermelho, verificando a variabilidade na composição atmosférica e a fuga atmosférica para o espaço. A MAVEN carrega um conjunto completo de instrumentos de plasma, incluindo o Magnetômetro (MAG), o Analisador de Íons de Vento Solar (SWIA) e o instrumento SupraThermal And Thermal Ion Composition (STATIC) usado neste estudo.
“As observações globais do EMM da atmosfera superior fornecem uma perspectiva única sobre uma região crítica para a ciência MAVEN”, disse o investigador principal do MAVEN, Shannon Curry, do Laboratório de Ciências Espaciais da UC Berkeley. “Esses tipos de observações simultâneas sondam a física fundamental da dinâmica e evolução atmosférica e destacam os benefícios da colaboração científica internacional”.
A líder de ciência da EMM, Hessa Al Matroushi, concordou. "O acesso aos dados do MAVEN foi essencial para colocar essas novas observações de EMM em um contexto mais amplo", disse ela. “Juntos, estamos ampliando os limites do nosso conhecimento existente não apenas de Marte, mas das interações planetárias com o vento solar”.
As medições de vários pontos de vista já provaram ser um trunfo na pesquisa da Terra e da heliofísica. Em Marte, mais de meia dúzia de orbitadores estão fazendo observações científicas e com o hemisfério sul de Marte atualmente passando pelo verão, quando a aurora de prótons é conhecida por ser mais ativa, observações de vários pontos de vista serão críticas para entender como esses eventos se formam. A colaboração entre a EMM e a MAVEN demonstra o valor da ciência em nível de descoberta sobre a atmosfera marciana com duas espaçonaves observando simultaneamente a mesma região.
+ Explorar mais Físicos explicam como o tipo de aurora em Marte é formado
