A medida que las partículas energéticas del viento solar atraviesan el espacio interplanetario, su movimiento es modificado por los objetos en su camino. Un estudio, basado en datos del orbitador Mars Express de la ESA, ha arrojado nueva luz sobre una sorprendente interacción entre el planeta Marte y las partículas supersónicas del viento solar.

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que una característica conocida como arco de choque se forma corriente arriba de un planeta, como la proa de un barco. donde el agua se ralentiza y luego se desvía alrededor del obstáculo.

El arco de choque marca un límite bastante nítido donde el viento solar se desacelera repentinamente cuando comienza a incidir en la magnetosfera o la atmósfera exterior de un planeta.

En el caso de Marte, que no genera un campo magnético global y tiene una atmósfera delgada, el principal obstáculo para el viento solar es la ionosfera, una región de partículas cargadas eléctricamente en su atmósfera superior.

Es más, el tamaño relativamente pequeño, La masa y la gravedad de Marte permiten la formación de una exosfera extendida, la capa más externa de la atmósfera. donde los átomos y moléculas gaseosos escapan al espacio e interactúan directamente con el viento solar.

Las observaciones realizadas por numerosas naves espaciales durante muchas décadas han demostrado que las variaciones en la ionosfera y la exosfera juegan un papel en los cambios en la ubicación del límite del arco de choque.

Como se esperaba, la distancia del arco de choque marciano del planeta aumenta a medida que disminuye la presión dinámica del viento solar. Esto es como un debilitamiento de la ola de proa delante de un barco a medida que el flujo del agua se ralentiza.

Por otra parte, los aumentos en la distancia del arco de choque marciano coinciden con aumentos en la cantidad de radiación solar entrante en longitudes de onda ultravioleta extrema (EUV). Como consecuencia, aumenta la velocidad a la que se producen iones y electrones a partir de átomos y moléculas en la atmósfera superior. Esto da como resultado un aumento de la presión térmica dentro de la ionosfera, lo que le permite contrarrestar mejor el flujo de viento solar entrante.

Al mismo tiempo, Los iones recién creados dentro de la exosfera extendida son captados y acelerados por los campos electromagnéticos transportados por el viento solar. El resultado es una desaceleración del viento solar y un cambio en la posición del arco de choque.

Otro posible factor que influye en la ubicación del arco de choque es la órbita de Marte. La distancia del planeta al Sol es mucho más elíptica que la de la Tierra, que van desde 206 millones de km a 249 millones de km, una diferencia del 20 por ciento.

Un equipo de científicos europeos ha investigado cómo y por qué varía la ubicación del arco de choque durante el año marciano. En un artículo publicado en línea en el número del 21 de noviembre de 2016 de la Journal of Geophysical Research:Física espacial , el equipo ha analizado más de cinco años marcianos de mediciones del espectrómetro de electrones (ELS) Mars Express Analyzer of Space Plasma and EneRgetic Atoms (ASPERA-3) para identificar 11 861 cruces de choque de proa. Este es el primer análisis del arco de choque que se basa en datos obtenidos durante un período tan prolongado y durante todas las estaciones marcianas.

Cuando Mars Express cruza el arco de choque marciano, el instrumento ELS típicamente registra un aumento repentino en el flujo de electrones a través de una amplia gama de energías (típicamente hasta unos pocos cientos de eV).

Los científicos descubrieron que, de media, el arco de choque está más cerca de Marte cerca del afelio (el punto más alejado del Sol del planeta), y más lejos de Marte cerca del perihelio (el punto más cercano al Sol del planeta). La distancia promedio del arco de choque desde Marte, cuando se mide desde arriba del terminador (el límite día-noche) alcanza un mínimo de 8102 km alrededor del afelio, mientras que su distancia máxima de 8984 km ocurre alrededor del perihelio. Esta es una variación general de aproximadamente el 11 por ciento durante cada órbita marciana.

El equipo también verificó hallazgos previos de que el arco de choque en el hemisferio sur es, de media, situado más lejos de Marte que en el hemisferio norte. Sin embargo, esta asimetría hemisférica es pequeña (una variación de distancia total del 2,4 por ciento), y las mismas variaciones anuales en el arco de choque ocurren independientemente del hemisferio.

Densidad del viento solar (y, por lo tanto, presión dinámica), la fuerza del campo magnético interplanetario, e irradiación solar, se espera que todos se reduzcan con la distancia del Sol. Dado que estos parámetros afectan la ubicación del arco de choque de diferentes maneras, el equipo quería saber cuál es el factor dominante durante todo el año marciano.

Su descubrimiento algo sorprendente fue que la ubicación del arco de choque es más sensible a las variaciones en la salida de EUV solar que a las variaciones de presión dinámica del viento solar.

Esto puede deberse en gran parte al impacto bien reconocido de EUV en la densidad y presión térmica de la ionosfera, y la expansión de la exosfera (ver arriba). Estos procesos crean amortiguadores contra el viento solar.

Sin embargo, las variaciones en la distancia de choque del arco también se correlacionan con cambios anuales en la cantidad de polvo en la atmósfera marciana. La temporada de tormentas de polvo marciano ocurre alrededor del perihelio, cuando el planeta es más cálido y recibe más radiación solar.

"Se ha demostrado previamente que las tormentas de polvo interactúan con la atmósfera superior y la ionosfera de Marte, por lo que puede haber un acoplamiento indirecto entre las tormentas de polvo y la ubicación de la descarga de proa, "dijo Benjamin Hall, autor principal del artículo, que estuvo hasta hace poco en la Universidad de Leicester, y actualmente es investigador en la Universidad de Lancaster, REINO UNIDO.

"Sin embargo, no sacamos más conclusiones sobre cómo las tormentas de polvo podrían afectar directamente la ubicación del arco de choque marciano y dejar tal investigación para un estudio futuro.

"Parece probable que ningún mecanismo pueda explicar nuestras observaciones, sino un efecto combinado de todos ellos. En este punto, ninguno de ellos puede ser excluido.

"Se necesitan futuras investigaciones de los vínculos entre la carga de polvo atmosférico y la atmósfera superior marciana, que implica investigaciones conjuntas de Mars Express y Trace Gas Orbiter de la ESA, y la misión MAVEN de la NASA. Los primeros datos de MAVEN parecen confirmar las tendencias que descubrimos ".

"Investigaciones similares se realizaron con el instrumento ASPERA que voló a bordo del orbitador Venus Express, permitiéndonos comparar procesos físicos y condiciones en dos planetas muy diferentes que tienen campos magnéticos débiles, "dijo Dmitri Titov, Científico del Proyecto Mars Express de la ESA.

"Esto demuestra el valor de utilizar la misma instrumentación para explorar mundos diferentes".