Откуда на Марсе полярное сияние, если нет глобального магнитного поля

В июле 2021 года зонд The Hope, отправленный Объединенными Арабскими Эмиратами для изучения марсианской атмосферы, опубликовал изображения полярного сияния на планете. Это открытие стало неожиданным и захватывающим, но вместе с тем встал вопрос: как возможно формирование полярных сияний на планете, где отсутствует глобальное магнитное поле? Теперь ученые-физики разгадали эту тайну.

Как известно, полярное сияние возникает благодаря солнечному ветру – потоку ионизированных частиц, которые исходят от Солнца со скоростью 300-1200 км/с. При достижении магнитного поля Земли они сливаются с атмосферой, в результате чего мы и видим яркое красочное явление. 

Северное сияние на Марсе представляет собой небесный свет, который появляется, в основном, в Южном полушарии планеты. И с тех пор, как его обнаружили, ученые бились над разгадкой возникновения этого удивительного явления. 

Дискретное полярное сияние на Марсе представляет собой потоки ультрафиолетового света в верхних слоях атмосферы планеты. Изображение: Emirates Mars Mission

Красная планета, в отличие от Земли не имеет глобального магнитного поля, которое могло бы быть источником авроры. С другой стороны, Марс не лишен магнетизма.

Новая работа физиков под руководством ученых из Айовского университета показала, что в формировании северного сияния на Марсе также принимают участие солнечный ветер и магнитные поля, которые создаются внешней корой на южных краях планеты.

В результате исследования ученые сделали вывод, что частота возникновения сияний внутри области сильного магнитного поля земной коры в основном зависит от направления солнечного ветра, тогда как за пределами сильного поля – от динамического давления ветра.

Снимки полярного сияния на Марсе, полученные орбитальным аппаратом The Hope.

Изображение: Emirates Mars Mission

Физики изучили более 200 дискретных полярных сияний на Марсе: они измеряли поток протонов солнечного ветра и магнитослой вокруг Марса, а также наблюдали характер взаимодействия солнечного ветра с верхними слоями атмосферы. 

Новые результаты дополняют исследование, опубликованное в прошлом году, и показывают, что на Марсе возникает протонное полярное сияние. 

Протонные сияния — это одна из разновидностей полярных сияний,  вызванных энергичными протонами, попадающими в атмосферу планеты. Определяющим признаком наблюдения является выброс атомарного водорода высыпающимися частицами после того, как они получают электрон из нейтрального атмосферного газа – процесс, известный как перезарядка.

На верхнем графике показано количество сканирований в квадратах, охватывающих 10° широты и 10° долготы. Нижний график показывает места обнаружения дискретных полярных сияний (красные кресты). Прямоугольником очерчена «область сильного поля земной коры». Изображение: University of Iowa

Северные сияния на Красной планете характеризуются небольшим пространственным масштабом, образуются вблизи участков с сильным магнетизмом и представляют собой выбросы, вызванные осаждением частиц в верхних слоях атмосферы. 

Понимание происхождения сияний поможет исследователям понять, как Марс превратился из возможно обитаемого мира с плотной атмосферой в сухую, почти безвоздушную планету, которую мы видим сегодня.