כל כוכב לכת במערכת השמש שלנו מקיים אינטראקציה עם זרם החלקיקים האנרגטיים המגיעים מהשמש שלנו. חלקיקים אלה מכונים לעתים קרובות "רוח סולארית", ומורכבים בעיקר מאלקטרונים, פרוטונים וחלקיקי אלפא העושים דרכם ללא הרף לעבר חלל בין-כוכבי. כאשר זרם זה בא במגע עם המגנטוספירה או האטמוספרה של כוכב הלכת, הוא מהווה אזור סביבם המכונה "הלם קשת".
אזורים אלה נוצרים מול כדור הארץ, מאטים ומסיטים את רוח השמש כאשר הם עוברים על פניו - בדומה לאופן שבו מועברים מים סביב סירה. במקרה של מאדים, היונוספרה של כוכב הלכת היא המספקת את הסביבה המוליכת ההכרחית ליצירת הלם קשת. ולפי מחקר חדש שנערך על ידי צוות מדענים אירופאים, זעזוע הקשת של מאדים משתנה כתוצאה משינויים באווירת כדור הארץ.
המחקר, שכותרתו "וריאציות שנתיות במיקום הלם הקשת של מאדים כפי שנצפה על ידי משימת אקספרס", הופיע ב כתב העת למכתבים גאופיזיים: פיזיקת חלל. שימוש בנתונים של מאדים אקספרס אורביטר, צוות המדע ביקש לחקור כיצד ומדוע מיקום הלם הקשת משתנה במהלך מספר שנות מאדים, ואילו גורמים הם האחראים העיקריים.
במשך עשרות שנים רבות האסטרונומים היו מודעים לכך שזעזועי קשת נוצרים במעלה הזרם של כדור הארץ, כאשר האינטראקציה בין רוח השמש לכוכב הלכת גורמת להאטה של חלקיקים אנרגטיים ובהדרגה. במקום בו רוח השמש פוגשת את המגנטוספירה או האטמוספרה של כדור הארץ, נוצר קו גבול חד, אותו הם משתרעים סביב כדור הארץ בקשת מתרחבת.
מכאן בא המונח הלם קשת, בשל צורתו הייחודית. במקרה של מאדים, שאין לו שדה מגנטי עולמי ואווירה די רזה לאתחול (פחות מ- 1% מהלחץ האטמוספרי של כדור הארץ בגובה פני הים), זהו האזור המטען החשמלי של האטמוספירה העליונה (היונוספרה) האחראי ליצירת הלם הקשת סביב כדור הארץ.
במקביל, מאדים בגודל קטן, במסה ובכוח הכבידה מאפשרים היווצרות של אטמוספרה מורחבת (כלומר אקוספירה). בחלק זה באטמוספירה של מאדים אטומים ומולקולות גזים בורחים לחלל ומתקשרים ישירות עם רוח השמש. במהלך השנים נצפתה האווירה המורחבת הזו וזעזוע הקשת של מאדים על ידי משימות מסלוליות מרובות, אשר גילו וריאציות בגבולה של האחרונה.
זה האמין כי זה נגרם על ידי גורמים מרובים, אשר לא פחות מהם הוא מרחק. מכיוון שמאדים יש מסלול אקסצנטרי יחסית (0.0934 לעומת 0.0167 של כדור הארץ), המרחק שלו מהשמש משתנה לא מעט - הוא נע בין 206.7 מיליון ק"מ (128.437 מיליון ק"מ; 1.3814 AU) בפריחיון ל 249.2 מיליון ק"מ (154.8457 מיליון ק"מ; 1.666 AU) באפיליון.
כאשר הכוכב קרוב יותר, הלחץ הדינמי של רוח השמש נגד האטמוספרה שלו עולה. עם זאת, שינוי מרחק זה עולה בקנה אחד גם עם עלייה בכמות הקרינה הסולארית הקולית (EUV) הקיצונית. כתוצאה מכך, הקצב בו מייצרים יונים ואלקטרונים (המכילים פלזמה) באטמוספירה העליונה עולה, וגורם ללחץ תרמי מוגבר המונע את רוח השמש הנכנסת.
יוני שנוצרו לאחרונה בתוך האטמוספירה המורחבת נאספים ומואצים גם על ידי השדות האלקטרומגנטיים הנישאים על ידי הרוח הסולארית. זה משפיע על האטה וגורם לנעלי הקשת של מאדים לשנות את מיקומו. כל זה ידוע שקרה במהלך שנה אחת של מאדים - וזה שווה ערך ל 686.971 ימי כדור הארץ או 668.5991 ימי מאדים (סוליים).
עם זאת, כיצד היא מתנהגת לאורך תקופות זמן ארוכות יותר היא שאלה שלא נענתה בעבר. ככאלה, צוות המדענים האירופי התייעץ עם נתונים שהושגו על ידי מאדים אקספרס שליחות לאורך חמש שנים. נתונים אלו נלקחו על ידי מנתח פלזמת החלל והאטומים EneRgetic (ASPERA-3) אלקטרונים ספקטרומטר (ELS), בו השתמש הצוות לבחינת סך של 11,861 מעברי הלם קשת.
מה שהם מצאו הוא שבממוצע, הלם החרטום קרוב יותר למאדים כשהוא נמצא בקרבת אפליון (8102 ק"מ), והרחק ממנו בפריחיון (8984 ק"מ). זה מסתכם עם וריאציה של כ- 11% במהלך שנת המאדים, וזה די עולה בקנה אחד עם האקסצנטריות שלה. עם זאת, הצוות רצה לראות אילו (אם בכלל) מהמנגנונים שנחקרו בעבר אחראים בעיקר לשינוי זה.
לשם כך שקל הצוות וריאציות בצפיפות הרוח הסולארית, חוזק השדה המגנטי הבין-פלנטרי והקרנת השמש כגורמים ראשוניים - כל אלה יורדים ככל שהכוכב מתרחק מהשמש. עם זאת, מה שהם מצאו היה שמיקומו של הלם הקשת נראה רגיש יותר לשונות בתוצרת השמש של קרינת UV קיצונית ולא לשונות ברוח השמש עצמה.
נראה כי הווריאציות במרחק הלם החרטום קשורות לכמות האבק באטמוספרה המאדים. זה מתגבר ככל שמאדים מתקרבים לפריחה, וגורמים לאטמוספירה לספוג יותר קרינת שמש ולהתחמם. בדומה לאופן בו רמות מוגברות של EUV מביאות לכמות מוגברת של פלזמה ביונוספרה ובאקוספירה, נראה כי כמויות גדולות של אבק משמשות כמאגר נגד רוח השמש.
כפי שאמר בנימין הול, חוקר מאוניברסיטת לנקסטר בבריטניה והסופר הראשי של העיתון, בהודעה לעיתונות של ESA:
קודם לכן הוכח כי סופות אבק מקיימות אינטראקציה עם האטמוספירה העליונה והיונוספרה של מאדים, כך יתכן שיש קשר עקיף בין סערות האבק ומיקום הלם החרטום ... עם זאת, איננו מסיקים מסקנות נוספות כיצד סופות האבק יכולות ישירות להשפיע על מיקום הלם הקשת של מאדים ולהשאיר חקירה כזו למחקר עתידי. "
בסופו של דבר, הול וצוותו לא יכלו להבחין באף גורם אחד כשנושאים מדוע הלם הקשת של מאדים משתנה לאורך פרקי זמן ארוכים יותר. "נראה כי אף מנגנון אחד לא יכול להסביר את התצפיות שלנו, אלא השפעה משולבת של כולן," אמר. "בשלב זה לא ניתן להחריג אף אחד מהם."
במבט קדימה, הול וחבריו מקווים כי משימות עתידיות יעזרו לשפוך אור נוסף על המנגנונים שמאחורי הרס קשת המארס. כפי שציין הול, זה ככל הנראה יהיה כרוך בחקירות משותפות של ESA מאדים אקספרס ועקבות גז אורביטר ונאס"א MAVEN משימה. נראה כי נתונים מוקדמים של MAVEN מאשרים את המגמות שגילינו. "
אמנם זה לא הניתוח הראשון שביקש להבין כיצד האווירה של מאדים מקיימת אינטראקציה עם רוח השמש, אולם ניתוח זה היה מבוסס על נתונים שהושגו לאורך זמן רב בהרבה מכל מחקר שקודם לכן. בסופו של דבר, המשימות המרובות שלומדות כעת את מאדים חושפות הרבה על הדינמיקה האטמוספירה של כוכב לכת זה. כוכב לכת, שבניגוד לכדור הארץ, יש שדה מגנטי חלש מאוד.
מה שנלמד בתהליך יעשה דרך ארוכה להבטיח שמשימות חקר עתידיות למאדים ולפלנטות אחרות שיש להן שדות מגנטיים חלשים (כמו ונוס ומרקורי) יהיו בטוחות ויעילות. זה עשוי אפילו לעזור לנו ביצירת בסיסים קבועים בעולמות אלה ביום מן הימים!
