Imagen conceptual que muestra el entorno marciano temprano (derecha), que se cree que contiene agua líquida y una atmósfera más espesa, frente al frío, ambiente seco visto hoy en Marte (izquierda). Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
Un tipo de aurora marciana identificada por primera vez por la nave espacial MAVEN de la NASA en 2016 es en realidad la forma más común de aurora que ocurre en el planeta rojo. según los nuevos resultados de la misión. La aurora se conoce como aurora de protones y puede ayudar a los científicos a rastrear la pérdida de agua de la atmósfera de Marte.
En la tierra Las auroras se ven comúnmente como pantallas coloridas de luz en el cielo nocturno cerca de las regiones polares. donde también se conocen como las luces del norte y del sur. Sin embargo, la aurora de protones en Marte ocurre durante el día y emite luz ultravioleta, por lo que es invisible para el ojo humano, pero detectable para el instrumento espectrógrafo ultravioleta de imágenes (IUVS) en la nave espacial MAVEN (atmósfera de Marte y evolución volátil).
La misión de MAVEN es investigar cómo el Planeta Rojo perdió gran parte de su atmósfera y agua, transformando su clima de uno que podría haber sostenido la vida a uno que es frío, seco, e inhóspito. Dado que la aurora de protones se genera indirectamente por hidrógeno derivado del agua marciana que está en proceso de perderse en el espacio, esta aurora podría usarse para ayudar a rastrear la pérdida de agua en curso en Marte.
"En este nuevo estudio que utiliza datos MAVEN / IUVS de varios años de Marte, el equipo ha descubierto que los períodos de mayor escape atmosférico se corresponden con aumentos en la ocurrencia e intensidad de auroras de protones, "dijo Andréa Hughes de la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle en Daytona Beach, Florida. Hughes es el autor principal de un artículo sobre esta investigación publicado el 12 de diciembre en el Revista de investigación geofísica : Física espacial . "Quizas un dia, cuando los viajes interplanetarios se vuelven comunes, los viajeros que lleguen a Marte durante el verano austral tendrán asientos en primera fila para observar la aurora de protones marciana bailando majestuosamente a través del lado diurno del planeta (mientras usan gafas ultravioleta, por supuesto). Estos viajeros serán testigos de primera mano de las etapas finales de Marte perdiendo el resto de su agua en el espacio ". Hughes presentará la investigación el 12 de diciembre en la reunión de la Unión Geofísica Estadounidense en San Francisco.
Esta animación muestra una aurora de protones en Marte. Primero, un protón del viento solar se acerca a Marte a gran velocidad y se encuentra con una nube de hidrógeno que rodea al planeta. El protón roba un electrón de un átomo de hidrógeno marciano, convirtiéndose así en un átomo neutro. El átomo pasa por el arco, un obstáculo magnético que rodea a Marte, porque las partículas neutras no se ven afectadas por los campos magnéticos. Finalmente, el átomo de hidrógeno entra en la atmósfera de Marte y choca con moléculas de gas, haciendo que el átomo emita luz ultravioleta. Crédito:NASA / MAVEN / Goddard Space Flight Center / Dan Gallagher
Diferentes fenómenos producen diferentes tipos de auroras. Sin embargo, todas las auroras en la Tierra y Marte son impulsadas por la actividad solar, ya sean explosiones de partículas de alta velocidad conocidas como tormentas solares, erupciones de campos magnéticos y de gas conocidas como eyecciones de masa coronal, o ráfagas en el viento solar, una corriente de gas conductor de electricidad que sopla continuamente hacia el espacio a alrededor de un millón de millas por hora. Por ejemplo, las luces del norte y del sur en la Tierra ocurren cuando la actividad solar violenta perturba la magnetosfera de la Tierra, haciendo que los electrones de alta velocidad se estrellen contra las partículas de gas en la atmósfera superior del lado nocturno de la Tierra y las hagan brillar. Procesos similares generan auroras discretas y difusas de Marte, dos tipos de auroras que se observaron previamente en el lado nocturno de Marte.
La aurora de protones se forma cuando los protones del viento solar (que son átomos de hidrógeno despojados de sus electrones solitarios por el calor intenso) interactúan con la atmósfera superior en el lado diurno de Marte. A medida que se acercan a Marte, los protones que entran con el viento solar se transforman en átomos neutros al robar electrones de los átomos de hidrógeno en el borde exterior de la corona de hidrógeno marciana, una enorme nube de hidrógeno que rodea al planeta. Cuando esos átomos entrantes de alta velocidad golpean la atmósfera, parte de su energía se emite en forma de luz ultravioleta.
Cuando el equipo de MAVEN observó por primera vez la aurora de protones, pensaron que era un hecho relativamente inusual. "En primer lugar, Creíamos que estos eventos eran bastante raros porque no estábamos buscando en los momentos y lugares correctos, "dijo Mike Chaffin, científico investigador del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado en Boulder y segundo autor del estudio. "Pero después de una mirada más cercana, descubrimos que las auroras de protones ocurren con mucha más frecuencia en las observaciones del lado diurno del verano austral de lo que inicialmente esperábamos ". El equipo ha encontrado auroras de protones en aproximadamente el 14 por ciento de sus observaciones en el lado diurno, lo que aumenta a más del 80 por ciento del tiempo cuando solo se consideran las observaciones del lado del día en el sur de verano. "En comparación, IUVS ha detectado auroras difusas en Marte en un pequeño porcentaje de órbitas con geometría favorable, y las detecciones de auroras discretas son aún más raras en el conjunto de datos, "dijo Nick Schneider, coautor y líder del equipo de IUVS en LASP.
Imágenes de la aurora de protones de Marte. El espectrógrafo ultravioleta de imágenes de MAVEN observa la atmósfera de Marte, haciendo imágenes de hidrógeno neutro y auroras de protones simultáneamente (izquierda). Las observaciones en condiciones normales muestran hidrógeno en el disco y en la atmósfera extendida del planeta desde un punto de vista en el lado nocturno (centro). La aurora de protones es visible como un brillo significativo en la extremidad y el disco (derecha); con el aporte de hidrógeno neutro restado, se revela la distribución de la aurora de protones, mostrando que alcanza un máximo de brillo justo fuera del disco marciano cuando los neutrales energéticos chocan contra la atmósfera. Crédito:Universidad Aeronáutica Embry-Riddle / LASP, U. de Colorado
La correlación con el verano austral dio una pista de por qué las auroras de protones son tan comunes y cómo podrían usarse para rastrear la pérdida de agua. Durante el verano austral en Marte, el planeta también está cerca de su distancia más cercana al Sol en su órbita y pueden ocurrir enormes tormentas de polvo. El calentamiento del verano y la actividad del polvo parecen causar auroras de protones al forzar el vapor de agua a lo alto de la atmósfera. La luz solar ultravioleta extrema rompe el agua en sus componentes, hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno ligero está débilmente unido por la gravedad de Marte y mejora la corona de hidrógeno que rodea a Marte. aumentando la pérdida de hidrógeno al espacio. Más hidrógeno en la corona hace que las interacciones con los protones del viento solar sean más comunes, haciendo que la aurora de protones sea más frecuente y brillante.
"Todas las condiciones necesarias para crear una aurora de protones marciana (por ejemplo, protones de viento solar, una atmósfera de hidrógeno extendida, y la ausencia de un campo magnético dipolo global) están más comúnmente disponibles en Marte que los necesarios para crear otros tipos de auroras, "dijo Hughes." Además, the connection between MAVEN's observations of increased atmospheric escape and increases in proton aurora frequency and intensity means that proton aurora can actually be used as a proxy for what's happening in the hydrogen corona surrounding Mars, and therefore, a proxy for times of increased atmospheric escape and water loss."
