Jeder Planet in unserem Sonnensystem interagiert mit dem Strom energetischer Teilchen, die von unserer Sonne kommen. Diese Teilchen werden oft als „Sonnenwind“ bezeichnet und bestehen hauptsächlich aus Elektronen, Protonen und Alpha-Teilchen, die ständig ihren Weg in den interstellaren Raum finden. Wenn dieser Strom mit der Magnetosphäre oder Atmosphäre eines Planeten in Kontakt kommt, bildet er eine Region um ihn herum, die als „Bogenschock“ bezeichnet wird.
Diese Regionen bilden sich vor dem Planeten und verlangsamen und lenken den Sonnenwind ab, während er vorbeizieht - ähnlich wie Wasser um ein Boot herumgeleitet wird. Im Fall des Mars ist es die Ionosphäre des Planeten, die die leitende Umgebung bietet, die für die Bildung eines Bogenschocks erforderlich ist. Und laut einer neuen Studie eines Teams europäischer Wissenschaftler verschiebt sich der Bugschock des Mars infolge von Veränderungen in der Atmosphäre des Planeten.
Die Studie mit dem Titel „Jährliche Variationen der Position des Marsbogenschocks, wie sie von der Mars Express Mission beobachtet wurden“ erschien in der Journal of Geophysical Letters: Weltraumphysik. Verwenden von Daten aus dem Mars Express Das Wissenschaftsteam versuchte zu untersuchen, wie und warum sich die Position des Bogenschocks im Laufe mehrerer Marsjahre ändert und welche Faktoren hauptsächlich dafür verantwortlich sind.
Seit vielen Jahrzehnten wissen Astronomen, dass sich vor einem Planeten Bogenschocks bilden, bei denen die Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Planet dazu führt, dass energetische Teilchen langsamer werden und allmählich umgeleitet werden. Wo der Sonnenwind auf die Magnetosphäre oder Atmosphäre des Planeten trifft, wird eine scharfe Grenzlinie gebildet, die sich in einem sich erweiternden Bogen um den Planeten erstreckt.
Hier kommt der Begriff Bogenschock aufgrund seiner unverwechselbaren Form her. Im Fall des Mars, der kein globales Magnetfeld und keine ziemlich dünne Atmosphäre hat (weniger als 1% des atmosphärischen Drucks der Erde auf Meereshöhe), ist dies die elektrisch geladene Region der oberen Atmosphäre (die Ionosphäre). das ist verantwortlich für den Bugschock um den Planeten.
Gleichzeitig ermöglicht die relativ geringe Größe, Masse und Schwerkraft des Mars die Bildung einer ausgedehnten Atmosphäre (d. H. Einer Exosphäre). In diesem Teil der Marsatmosphäre entweichen gasförmige Atome und Moleküle in den Weltraum und interagieren direkt mit dem Sonnenwind. Im Laufe der Jahre wurden diese ausgedehnte Atmosphäre und der Bugschock des Mars von mehreren Orbiter-Missionen beobachtet, bei denen Unterschiede in der Grenze des Mars festgestellt wurden.
Es wird angenommen, dass dies durch mehrere Faktoren verursacht wird, nicht zuletzt durch die Entfernung. Da der Mars eine relativ exzentrische Umlaufbahn hat (0,0934 im Vergleich zu 0,0167 auf der Erde), variiert seine Entfernung von der Sonne erheblich - von 206,7 Millionen km (128,437 Millionen Meilen; 1,3814 AU) im Perihel bis 249,2 Millionen km (154,8457 Millionen Meilen; 1,666) AU) am Aphel.
Wenn der Planet näher ist, steigt der dynamische Druck des Sonnenwinds gegen seine Atmosphäre. Diese Änderung der Entfernung fällt jedoch auch mit einer Zunahme der Menge der einfallenden extremen ultravioletten (EUV) Sonnenstrahlung zusammen. Infolgedessen steigt die Geschwindigkeit, mit der Ionen und Elektronen (auch Plasma genannt) in der oberen Atmosphäre erzeugt werden, was zu einem erhöhten thermischen Druck führt, der dem einfallenden Sonnenwind entgegenwirkt.
Neu erzeugte Ionen in der ausgedehnten Atmosphäre werden auch von den vom Sonnenwind getragenen elektromagnetischen Feldern aufgenommen und beschleunigt. Dies hat zur Folge, dass es verlangsamt wird und der Bugschock des Mars seine Position verschiebt. Es ist bekannt, dass all dies im Laufe eines einzelnen Marsjahres geschieht - was 686.971 Erdentagen oder 668.5991 Mars-Tagen (Sols) entspricht.
Wie es sich jedoch über längere Zeiträume verhält, ist eine Frage, die zuvor unbeantwortet blieb. Als solches konsultierte das Team europäischer Wissenschaftler Daten, die von der Mars Express Mission über einen Zeitraum von fünf Jahren. Diese Daten wurden vom Analysegerät für Weltraumplasma- und EneRgetic Atoms (ASPERA-3) -Elektronenspektrometer (ELS) aufgenommen, mit dem das Team insgesamt 11.861 Bogenschockkreuzungen untersuchte.
Sie fanden heraus, dass der Bugschock im Durchschnitt näher am Mars liegt, wenn er sich in der Nähe des Aphels (8102 km) und weiter entfernt im Perihel (8984 km) befindet. Dies entspricht einer Variation von etwa 11% während des Marsjahres, was ziemlich gut mit seiner Exzentrizität übereinstimmt. Das Team wollte jedoch herausfinden, welcher der zuvor untersuchten Mechanismen (falls vorhanden) hauptsächlich für diese Änderung verantwortlich ist.
Zu diesem Zweck betrachtete das Team Variationen der Sonnenwinddichte, der Stärke des interplanetaren Magnetfelds und der Sonneneinstrahlung als Hauptursachen, die alle abnehmen, wenn sich der Planet weiter von der Sonne entfernt. Sie stellten jedoch fest, dass die Position des Bugschocks empfindlicher gegenüber Schwankungen der Sonnenleistung extremer UV-Strahlung als gegenüber Schwankungen des Sonnenwinds selbst zu sein schien.
Die Schwankungen der Bugstoßdistanz schienen auch mit der Staubmenge in der Marsatmosphäre in Zusammenhang zu stehen. Dies nimmt zu, wenn sich der Mars dem Perihel nähert, wodurch die Atmosphäre mehr Sonnenstrahlung absorbiert und sich erwärmt. Ähnlich wie erhöhte EUV-Werte zu einer erhöhten Plasmamenge in der Ionosphäre und Exosphäre führen, scheinen erhöhte Staubmengen als Puffer gegen Sonnenwind zu wirken.
Wie Benjamin Hall, ein Forscher an der Lancaster University in Großbritannien und Hauptautor des Papiers, in einer Pressemitteilung der ESA sagte:
„Es wurde bereits gezeigt, dass Staubstürme mit der oberen Atmosphäre und der Ionosphäre des Mars interagieren, sodass möglicherweise eine indirekte Kopplung zwischen den Staubstürmen und dem Ort des Bugschocks besteht. Wir ziehen jedoch keine weiteren Schlussfolgerungen darüber, wie die Staubstürme direkt wirken könnten Auswirkungen auf den Ort des Marsbogenschocks haben und eine solche Untersuchung einer zukünftigen Studie überlassen. “
Am Ende konnten Hall und sein Team keinen einzigen Faktor herausgreifen, wenn es darum ging, warum sich der Bugschock des Mars über längere Zeiträume verschiebt. "Es ist wahrscheinlich, dass kein einziger Mechanismus unsere Beobachtungen erklären kann, sondern vielmehr eine kombinierte Wirkung aller", sagte er. "Zu diesem Zeitpunkt kann keiner von ihnen ausgeschlossen werden."
Mit Blick auf die Zukunft hoffen Hall und seine Kollegen, dass zukünftige Missionen dazu beitragen werden, die Mechanismen hinter dem Mars, der den Bugschock verschiebt, zusätzlich zu beleuchten. Wie Hall angedeutet hat, wird dies wahrscheinlich "gemeinsame Untersuchungen" der ESA beinhalten Mars Express und Trace Gas Orbiter und NASAs MAVEN Mission. Frühe Daten von MAVEN scheinen die von uns entdeckten Trends zu bestätigen. “
Während dies nicht die erste Analyse ist, die zu verstehen versucht, wie die Marsatmosphäre mit dem Sonnenwind interagiert, basiert diese spezielle Analyse auf Daten, die über einen viel längeren Zeitraum als jede zuvor durchgeführte Studie erhalten wurden. Am Ende enthüllen die zahlreichen Missionen, die derzeit den Mars untersuchen, viel über die atmosphärische Dynamik dieses Planeten. Ein Planet, der im Gegensatz zur Erde ein sehr schwaches Magnetfeld hat.
Was wir dabei lernen, wird einen großen Beitrag dazu leisten, dass zukünftige Erkundungsmissionen zum Mars und zu anderen Planeten mit schwachen Magnetfeldern (wie Venus und Merkur) sicher und effektiv sind. Es könnte uns sogar helfen, eines Tages dauerhafte Stützpunkte auf diesen Welten zu schaffen!
