На Марсе обнаружены "протонные авроры"

Мистический световой ультрафиолетовый шлейф: исследователи впервые обнаружили необычную форму полярного сияния на Марсе. Необычные потому, что эти авроры возникают не по причине взаимодействия электронов солнечного света с магнитным полем, а создаются протонами, проникающими в марсианскую атмосферу. Такие протонные авроры были известны до сих пор лишь на Земле, а их открытие на Марсе подтверждает версию, что они могут существовать и в других мирах, пишут исследователи в научном журнале Nature Astronomy.

Экзотический феномен: исследователи впервые подтвердили наличие протонных аврор на Марсе – формы полярных свечений, которые до сих пор считались возможными только на Земле. Фото NASA/MAVEN/ University of Colorado

Полярные сияния в высоких широтах Земли не представляют ничего необычного. Светящиеся зеленоватыми и красноватыми оттенками небесные шлиры возникают, когда насыщенные энергией частицы солнечного ветра – в большинстве своем электроны – сталкиваются с газовыми частицами ионосферы. До сих пор астрономам удалось подтвердить такие полярные сияния и на других планетах: на Юпитере, Сатурне, Марсе и даже на юпитерианской луне Ганимеде.

Протоны вместо электронов

Но существуют и полярные сияния, отличающиеся от обычной схемы возникновения. При таких аврорах приводящими в действие частицами выступают не электроны, а протоны. «Они отличаются от типичных эмиссий, вызывающих такое явление, так как они сами созданы энергонасыщенными частицами, а не возбужденными атомами и молекулами атмосферы», - объясняет Джастин Дэйхен из Колорадского университета в Боуддере. При этом в большинстве случаев источником лучей выступают атомы водорода, которые вследствие утраты одного электрона превращаются в протоны.

Мистические ультрафиолетовые свечения: зафиксированная зондом MAVEN ультрафиолетовая аврора.

Но до сих пор такие протонные авроры наблюдались исключительно на Земле, причем и здесь они представляют собой исключительно редкое явление. И вот теперь Дэйхен и его коллеги впервые смогли зафиксировать и подтвердить протонные полярные сияния на соседнем с нами Марсе. На след их навели данные измерений космического зонда NASA MAVEN, который, наряду с прочим, контролирует ультрафиолетовые излучения в верхней атмосфере Марса.

Загадочные ультрафиолетовые свечения

В данных измерений в ультрафиолетовом диапазоне исследователи обратили внимание на нечто необычное: время от времени ультрафиолетовое излучение в марсианской атмосфере усиливалось на несколько часов. «Инструмент IUVS фиксировал множественные эмиссии атмосферного свечения как в дальнем ультрафиолетовом, так и в ближнем ультрафиолетовом диапазонах», - констатируют ученые. Эти видимые исключительно в ультрафиолетовом свете вспышки происходят лишь на дневной стороне планеты и только на высотах порядка 150 километров.

Но какова причина этого? Один ответ на этот вопрос обеспечили данные измерений другого прибора зонда MAVEN. Этот инструмент зарегистрировал усиленное поступление энергонасыщенных протонов из солнечного ветра всегда в то же самое время, когда происходило марсианское «воздушное свечение». Количество протонов в термосфере Марса повышалось во время таких событий втрое, говорят исследователи.

«Кража» в головной волне

Можно ли говорить при этом о «протонной авроре» в ультрафиолетовом диапазоне? Но ведь для этого протоны солнечного ветра должны бы были проникать в атмосферу Марса. Однако в обычном случае все заряженные частицы отклоняются и захватываются головной защитной волной планеты, объясняют Дэйхен и его коллеги. Хотя Марс не обладает сильным глобальным магнитным полем, какое есть у Земли, его заполненная заряженными частицами ионосфера отклоняет солнечный ветер, подобно защитному экрану.

Протоны из солнечного ветра проникают сквозь головную защитную волну, превращая украденные при этом электроны в нейтральный водород. © NASA

«В качестве ответа это можно было бы назвать кражей», - разъясняет Дэйхен. - «При приближении к Марсу протоны солнечного ветра преобразуются в нейтральный водород. При этом они крадут электроны с внешнего края водородного облака, окутывающего планету». Так как «головная волна» удерживает только заряженные частицы, энергетически нейтральные частицы могут проходить сквозь этот щит без проблем, попадая в марсианскую атмосферу. Там они отдают часть своей энергии уже в качестве протонов, вследствие чего и возникает ультрафиолетовая протонная аврора.

Происходит ли подобное и на других небесных телах:?

Проделанная научная работа подтверждает: протонные полярные свечения – это не уникальное земное явление, причем возникать они могут под действием различных механизмов. «Приводного механизма марсианских протонных аврор на Земле не существует», - говорят исследователи. И этот механизм позволяет таким событиям ультрафиолетового свечения возникать на Марсе повсеместно, в то время как на Земле полярные сияния наблюдаются только в относительно небольших приполярных регионах.

«Марсианские протонные авроры – это значительно больше, чем просто световое шоу», - говорит соавтор исследования Джаспер Халекас из университета Айовы. - «Они показывают нам, что солнечный ветер на Марсе не отклоняется полностью. Небольшая часть протонов солнечного ветра все же протискивается сквозь головную защитную волну планеты и входит в атмосферу».

И что еще интересно: и другие небесные тела, как то Венера или спутник Сатурна Титан, не обладают глобальным магнитным полем. Но, как и у Марса, у них имеется в верхних слоях атмосферы головная защитная волна и водород. Поэтому, вопреки прежним предположениям, можно утверждать, что протонные авроры вполне реальны и на других экзопланетах.