Κάθε πλανήτης στο Ηλιακό μας Σύστημα αλληλεπιδρά με τη ροή ενεργητικών σωματιδίων που προέρχονται από τον Ήλιο μας. Συχνά αναφέρονται ως «ηλιακός άνεμος», αυτά τα σωματίδια αποτελούνται κυρίως από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και σωματίδια άλφα που συνεχώς κατευθύνονται προς τον διαστρικό χώρο. Όπου αυτή η ροή έρχεται σε επαφή με τη μαγνητόσφαιρα ή την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, σχηματίζει μια περιοχή γύρω τους γνωστή ως «σοκ τόξου».
Αυτές οι περιοχές σχηματίζονται μπροστά από τον πλανήτη, επιβραδύνουν και εκτρέπουν τον ηλιακό άνεμο καθώς κινείται πέρα από - σαν το πώς το νερό εκτρέπεται γύρω από ένα σκάφος. Στην περίπτωση του Άρη, είναι η ιονόσφαιρα του πλανήτη που παρέχει το αγώγιμο περιβάλλον απαραίτητο για να σχηματιστεί ένα σοκ τόξου. Και σύμφωνα με μια νέα μελέτη από μια ομάδα Ευρωπαίων επιστημόνων, το σοκ του Άρη μετατοπίζεται ως αποτέλεσμα αλλαγών στην ατμόσφαιρα του πλανήτη.
Η μελέτη, με τίτλο «Ετήσιες παραλλαγές στην τοποθεσία Martian Bow Shock, όπως παρατηρήθηκε από την αποστολή Mars Express», εμφανίστηκε στο Περιοδικό Γεωφυσικών Επιστολών: Διαστημική Φυσική. Χρήση δεδομένων από το Mars Express τροχιά, η επιστημονική ομάδα προσπάθησε να διερευνήσει πώς και γιατί η τοποθεσία του σοκ του τόξου ποικίλλει κατά τη διάρκεια αρκετών ετών του Άρη και ποιοι παράγοντες είναι κυρίως υπεύθυνοι.
Για πολλές δεκαετίες, οι αστρονόμοι γνώριζαν ότι οι κρούσεις τόξου σχηματίζονται ανάντη ενός πλανήτη, όπου η αλληλεπίδραση μεταξύ του ηλιακού ανέμου και του πλανήτη προκαλεί την επιβράδυνση των ενεργητικών σωματιδίων και σταδιακά εκτρέπεται. Όπου ο ηλιακός άνεμος συναντά τη μαγνητόσφαιρα ή την ατμόσφαιρα του πλανήτη, σχηματίζεται μια απότομη γραμμή ορίου, η οποία εκτείνεται γύρω από τον πλανήτη σε ένα διευρυμένο τόξο.
Εδώ προέρχεται ο όρος «σοκ», λόγω του διακριτικού του σχήματος. Στην περίπτωση του Άρη, που δεν έχει παγκόσμιο μαγνητικό πεδίο και μάλλον λεπτή ατμόσφαιρα για εκκίνηση (λιγότερο από το 1% της ατμοσφαιρικής πίεσης της Γης στο επίπεδο της θάλασσας), είναι η ηλεκτρικά φορτισμένη περιοχή της ανώτερης ατμόσφαιρας (η ιονόσφαιρα) που είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία σοκ τόξου σε όλο τον πλανήτη
Ταυτόχρονα, ο Άρης σχετικά μικρού μεγέθους, μάζας και βαρύτητας επιτρέπει τον σχηματισμό εκτεταμένης ατμόσφαιρας (δηλ. Εξώσφαιρας). Σε αυτό το τμήμα της ατμόσφαιρας του Άρη, τα αέρια άτομα και τα μόρια διαφεύγουν στο διάστημα και αλληλεπιδρούν άμεσα με τον ηλιακό άνεμο. Με την πάροδο των ετών, αυτή η εκτεταμένη ατμόσφαιρα και το σοκ του Άρη έχουν παρατηρηθεί από πολλές αποστολές τροχιάς, οι οποίες έχουν εντοπίσει παραλλαγές στα όρια του τελευταίου.
Αυτό πιστεύεται ότι προκαλείται από πολλούς παράγοντες, εκ των οποίων τουλάχιστον η απόσταση. Επειδή ο Άρης έχει σχετικά εκκεντρική τροχιά (0,0934 σε σύγκριση με τη Γη 0,0167), η απόστασή του από τον Ήλιο ποικίλλει αρκετά - από 206,7 εκατομμύρια χλμ. (128,437 εκατομμύρια μίλια; 1,3814 AU) στο περιήλιο στα 249,2 εκατομμύρια χιλιόμετρα (154,8457 εκατομμύρια μίλια, 1,666 AU) στο aphelion.
Όταν ο πλανήτης είναι πιο κοντά, η δυναμική πίεση του ηλιακού ανέμου ενάντια στην ατμόσφαιρά του αυξάνεται. Ωστόσο, αυτή η αλλαγή απόστασης συμπίπτει επίσης με αυξήσεις στην ποσότητα της εισερχόμενης ακτινοβολίας υπεριώδους ακτινοβολίας (EUV). Ως αποτέλεσμα, ο ρυθμός με τον οποίο παράγονται τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια (γνωστό και ως πλάσμα) στην ανώτερη ατμόσφαιρα, προκαλεί αυξημένη θερμική πίεση που εξουδετερώνει τον εισερχόμενο ηλιακό άνεμο.
Τα καινούργια ιόντα μέσα στην εκτεταμένη ατμόσφαιρα συλλέγονται και επιταχύνονται από τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που μεταφέρονται από τον ηλιακό άνεμο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να το επιβραδύνει και να προκαλέσει την αλλαγή της θέσης του φτερού του Άρη. Όλα αυτά ήταν γνωστό ότι συνέβησαν κατά τη διάρκεια ενός καινούριου Άρη - που ισοδυναμεί με 686.971 ημέρες της Γης ή 668.5991 ημέρες του Άρη (sols).
Ωστόσο, πώς συμπεριφέρεται για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους είναι μια ερώτηση που δεν είχε απαντηθεί προηγουμένως. Ως τέτοια, η ομάδα ευρωπαίων επιστημόνων πραγματοποίησε διαβουλεύσεις με δεδομένα που ελήφθησαν από το Mars Express αποστολή για περίοδο πέντε ετών. Αυτά τα δεδομένα ελήφθησαν από τον Αναλυτή Διαστήματος πλάσματος και EneRgetic Atoms (ASPERA-3) Electron Spectrometer (ELS), το οποίο η ομάδα χρησιμοποίησε για να εξετάσει συνολικά 11.861 διασταυρώσεις τόξου.
Αυτό που βρήκαν ήταν ότι, κατά μέσο όρο, το σοκ του τόξου είναι πιο κοντά στον Άρη όταν βρίσκεται κοντά στο Απέλιον (8102 χλμ.) Και πιο μακριά στο Περιήλιο (8984 χλμ). Αυτό επιτυγχάνει μια διακύμανση περίπου 11% κατά τη διάρκεια του Άρη, η οποία είναι αρκετά συνεπής με τον εκκεντρικότητά του. Ωστόσο, η ομάδα ήθελε να δει ποιος (εάν υπάρχει) από τους προηγουμένως μελετημένους μηχανισμούς ήταν κυρίως υπεύθυνος για αυτήν την αλλαγή.
Προς το σκοπό αυτό, η ομάδα θεώρησε ότι οι διακυμάνσεις στην ηλιακή πυκνότητα του ανέμου, η ισχύς του διαπλανητικού μαγνητικού πεδίου και η ηλιακή ακτινοβολία ως πρωταρχικές αιτίες - όλα μειώνονται καθώς ο πλανήτης απομακρύνεται μακρύτερα από τον Ήλιο. Ωστόσο, αυτό που βρήκαν ήταν ότι η τοποθεσία του σοκ του τόξου φάνηκε πιο ευαίσθητη σε παραλλαγές στην έξοδο ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας του Ήλιου παρά σε παραλλαγές στον ίδιο τον ηλιακό άνεμο.
Οι διακυμάνσεις στην απόσταση σοκ από τόξο φαίνεται επίσης να σχετίζονται με την ποσότητα σκόνης στην ατμόσφαιρα του Άρη. Αυτό αυξάνεται καθώς ο Άρης πλησιάζει το περιήλιο, αναγκάζοντας την ατμόσφαιρα να απορροφήσει περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία και να θερμανθεί. Όπως τα αυξημένα επίπεδα EUV οδηγούν σε αυξημένη ποσότητα πλάσματος στην ιονόσφαιρα και την εξωσφαίρα, οι αυξημένες ποσότητες σκόνης φαίνεται να λειτουργούν ως ρυθμιστικό ενάντια στον ηλιακό άνεμο.
Όπως δήλωσε ο Benjamin Hall, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Λάνκαστερ στο Ηνωμένο Βασίλειο και ο κύριος συγγραφέας της εφημερίδας, σε ένα δελτίο τύπου της ESA:
«Οι καταιγίδες σκόνης έχουν αποδειχθεί στο παρελθόν ότι αλληλεπιδρούν με την ανώτερη ατμόσφαιρα και την ιονόσφαιρα του Άρη, οπότε μπορεί να υπάρχει μια έμμεση σύζευξη μεταξύ της καταιγίδας σκόνης και της θέσης σοκ τόξου… Ωστόσο, δεν εξάγουμε περαιτέρω συμπεράσματα σχετικά με το πώς οι καταιγίδες σκόνης θα μπορούσαν άμεσα να επηρεάσει την τοποθεσία του σοκ του Αρειανού και να αφήσει μια τέτοια έρευνα σε μια μελλοντική μελέτη. "
Στο τέλος, ο Hall και η ομάδα του δεν μπόρεσαν να ξεχωρίσουν κανέναν παράγοντα όταν έλεγαν γιατί το σοκ του Άρη μετατοπίζεται για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους. "Φαίνεται πιθανό ότι κανένας μηχανισμός δεν μπορεί να εξηγήσει τις παρατηρήσεις μας, αλλά μάλλον ένα συνδυασμένο αποτέλεσμα όλων αυτών", είπε. "Σε αυτό το σημείο κανένα από αυτά δεν μπορεί να αποκλειστεί."
Κοιτώντας μπροστά, ο Hall και οι συνάδελφοί του ελπίζουν ότι οι μελλοντικές αποστολές θα βοηθήσουν να ρίξουν πρόσθετο φως στους μηχανισμούς πίσω από τον Άρη που μετατοπίζεται. Όπως ανέφερε ο Hall, αυτό πιθανότατα θα περιλαμβάνει κοινές έρευνες από την ESA's Mars Express και Ίχνη Αέριο Orbiter και της NASA ΜΕΓΑΛΟΣ αποστολή. Τα πρώιμα δεδομένα από το MAVEN φαίνεται να επιβεβαιώνουν τις τάσεις που ανακαλύψαμε. "
Αν και δεν είναι η πρώτη ανάλυση που προσπάθησε να καταλάβει πώς η ατμόσφαιρα του Άρη αλληλεπιδρά με τον ηλιακό άνεμο, αυτή η συγκεκριμένη ανάλυση βασίστηκε σε δεδομένα που ελήφθησαν για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από οποιαδήποτε προηγούμενη μελέτη. Στο τέλος, οι πολλαπλές αποστολές που μελετούν επί του παρόντος τον Άρη αποκαλύπτουν πολλά για την ατμοσφαιρική δυναμική αυτού του πλανήτη. Ένας πλανήτης που, σε αντίθεση με τη Γη, έχει πολύ ασθενές μαγνητικό πεδίο.
Αυτό που μαθαίνουμε στη διαδικασία θα προχωρήσει πολύ στην εξασφάλιση ότι οι μελλοντικές αποστολές εξερεύνησης στον Άρη και σε άλλους πλανήτες που έχουν ασθενή μαγνητικά πεδία (όπως η Αφροδίτη και ο Ερμής) είναι ασφαλείς και αποτελεσματικές. Μπορεί ακόμη και να μας βοηθήσει στη δημιουργία μόνιμων βάσεων σε αυτούς τους κόσμους κάποια μέρα!
