Нове розуміння полярних сяйв на Марсі завдяки місії MAVEN

Місія NASA з вивчення атмосфери та летючих елементів Марса (MAVEN) протягом більше ніж десяти років досліджувала атмосферу Червоної планети. Хоча контакт з орбітальним апаратом було втрачено в грудні 2025 року, а місія офіційно завершилася 3 червня, дані, які вона зібрала, продовжують покращувати наше розуміння атмосфери Марса та механізмів, що спричиняють різні явища. Серед них — марсіанські полярні сяйва, які подібні до тих, що ми спостерігаємо на Землі, але мають помітні відмінності.

У нещодавньому дослідженні, проведеному командою вчених з Каліфорнійського університету в Берклі, було продемонстровано, що полярні сяйва на Марсі формуються подібно до тих, що спостерігаються на Землі. На основі даних, отриманих з кількох наукових інструментів MAVEN, вчені виявили, що той самий механізм, який циркулює зарядженими сонячними частинками з Сонця в атмосфері Землі (Цикл Данджі), також відбувається на Марсі. Через відмінності в магнітних полях обох планет, марсіанські полярні сяйва виникають на значно менших масштабах.

Стаття, що описує результати дослідження, "Мініатюрний цикл Данджі на Марсі", була опублікована 23 липня в журналі Nature Communications. Цикл Данджі, названий на честь британського вченого Джеймса Данджі у 1961 році, описує процес, що спричиняє електричні струми в магнітному полі Землі, прискорює заряджені сонячні частинки, які створюють полярні сяйва, та контролює циркуляцію плазми в магнітосфері Землі та верхній атмосфері.

Марс, червона планета, не має магнітного поля, яке захищало б його від сонячного вітру, що призводить до втрати атмосфери, якою Земля не страждає. Фото: NASA/GSFC.

Процес починається, коли лінії магнітного поля Сонця наближаються до магнітосфери Землі, де вони з'єднуються і вивільняють частинки сонячного вітру по всій магнітосфері та магнітному хвості Землі. Це призводить до викиду електронів назад в атмосферу Землі, які спрямовуються до полюсів для створення полярних сяйв. На відміну від Землі, Марс не має планетарного магнітного поля, а лише мініатюрні магнітосфери, які виникають з інтенсивно магнітизованих ділянок кори, розкиданих по поверхні.

Магнітне поле Землі генерується динамо-дією в її надрах, де розплавлена зовнішня частина ядра обертається в протилежному напрямку до твердого внутрішнього ядра. На Марсі геологічна активність у ядрі в значній мірі припинилася близько 4 мільярдів років тому, що призвело до зникнення його магнітного поля. Магнітні регіони — це те, що залишилося від охолодження лави в присутності цього стародавнього поля. Місія MAVEN спостерігала дуже локалізовані полярні сяйва над цими полями, але лише тепер вчені повністю зрозуміли фізику їхнього формування.

Щоб створити повну картину циклу Данджі на Марсі, команда скористалася даними, отриманими з магнітометра MAVEN, аналізатора електронів сонячного вітру (SWEA) та інструменту складу іонів (STATIC). Ці інструменти використовувалися для визначення конфігурації магнітних полів Марса, виведення електричних струмів і вимірювання плазмових потоків в іоносфері.

Шаосуй Сюй, асистент наукового співробітника Лабораторії космічних наук при Каліфорнійському університеті в Берклі та провідний автор дослідження, пояснив у прес-релізі NASA:

Ми знали, що магнітне з'єднання відбувається на Марсі, але не очікували, що це буде подібно до циклу Данджі. Ми дійсно перевершили межі STATIC, щоб отримати потрібні дані. Це був останній шматочок головоломки для розуміння цих локалізованих полярних сяйв. Я пам'ятаю, як у аспірантурі обговорював з моїм науковим керівником, як може працювати цикл магнітних полів кори на Марсі. Це неймовірно бути частиною команди, яка знайшла відповідь на це запитання.

Наукова візуалізація електричних струмів навколо Марса (сині та червоні стрілки), що показує, як вони обвивають Марс у вкладеній, подвійній структурі від його денної до нічної сторони. Кредити: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS/Cindy Starr.

Отримані знання про те, що відбувається в магнітних полях кори Марса, дають відповідь на питання, як електрони енергізуються для створення полярних сяйв. Досліджуючи цей процес, вчені також отримують краще розуміння того, як космічна погода взаємодіє з Червоною планетою в цілому, що є важливим для майбутніх роботизованих та пілотованих місій. Це також показує, що механізм, подібний до циклу Данджі, може відбуватися як на великих, так і на малих масштабах, надаючи підказки про те, де ще в Сонячній системі цей процес може мати місце.

Шеннон Каррі, головний дослідник MAVEN та науковий співробітник Лабораторії атмосферних і космічних наук при Університеті Колорадо в Боулдері, зазначила:

Це вражаючий результат, який змінює наше уявлення про марсіанські полярні сяйва і є ще одним важливим кроком до розуміння, чому Марс і Земля еволюціонували так по-різному, незважаючи на те, що їх обидві керує одна й та ж фізика. Я неймовірно пишаюся роботою нашої команди над цим відкриттям і з нетерпінням чекаю нових знань про Червону планету та її еволюцію.

Додаткове читання: NASA, Nature Communications