Image conceptuelle illustrant l'environnement martien primitif (à droite) - censé contenir de l'eau liquide et une atmosphère plus épaisse - par rapport au froid, environnement sec vu sur Mars aujourd'hui (à gauche). Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
Un type d'aurore martienne identifié pour la première fois par le vaisseau spatial MAVEN de la NASA en 2016 est en fait la forme d'aurore la plus courante sur la planète rouge, selon les nouveaux résultats de la mission. L'aurore est connue sous le nom d'aurore à protons et peut aider les scientifiques à suivre la perte d'eau de l'atmosphère de Mars.
Sur Terre, Les aurores sont généralement vues comme des affichages colorés de lumière dans le ciel nocturne près des régions polaires, où ils sont également connus comme les aurores boréales et méridionales. Cependant, l'aurore à protons sur Mars se produit pendant la journée et émet de la lumière ultraviolette, il est donc invisible à l'œil humain mais détectable par l'instrument Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS) sur le vaisseau spatial MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN).
La mission de MAVEN est d'enquêter sur la façon dont la planète rouge a perdu une grande partie de son atmosphère et de son eau, transformer son climat d'un climat qui aurait pu soutenir la vie en un climat froid, sécher, et inhospitalier. Étant donné que l'aurore à protons est générée indirectement par l'hydrogène dérivé de l'eau martienne qui est en train de se perdre dans l'espace, cette aurore pourrait être utilisée pour aider à suivre la perte d'eau martienne en cours.
"Dans cette nouvelle étude utilisant les données MAVEN/IUVS de plusieurs années martiennes, l'équipe a découvert que les périodes d'échappement atmosphérique accru correspondent à des augmentations de l'occurrence et de l'intensité des aurores à protons, " a déclaré Andréa Hughes de Embry-Riddle Aeronautical University à Daytona Beach, Floride. Hughes est l'auteur principal d'un article sur cette recherche publié le 12 décembre dans le Journal de recherche géophysique : Physique spatiale . "Peut-etre un jour, quand les voyages interplanétaires deviennent monnaie courante, les voyageurs arrivant sur Mars pendant l'été austral auront des sièges au premier rang pour observer les aurores martiennes à protons danser majestueusement à travers le jour de la planète (tout en portant des lunettes sensibles aux ultraviolets, bien sûr). Ces voyageurs seront les témoins directs des étapes finales de Mars perdant le reste de son eau dans l'espace. » Hughes présente la recherche le 12 décembre lors de la réunion de l'American Geophysical Union à San Francisco.
Cette animation montre une aurore à protons sur Mars. D'abord, un proton du vent solaire s'approche de Mars à grande vitesse et rencontre un nuage d'hydrogène entourant la planète. Le proton vole un électron à un atome d'hydrogène martien, devenant ainsi un atome neutre. L'atome traverse le bowshock, un obstacle magnétique entourant Mars, car les particules neutres ne sont pas affectées par les champs magnétiques. Finalement, l'atome d'hydrogène pénètre dans l'atmosphère de Mars et entre en collision avec des molécules de gaz, provoquant l'émission de la lumière ultraviolette par l'atome. Crédit :NASA/MAVEN/Goddard Space Flight Center/Dan Gallagher
Différents phénomènes produisent différents types d'aurore. Cependant, toutes les aurores sur Terre et Mars sont alimentées par l'activité solaire, qu'il s'agisse d'explosions de particules à grande vitesse appelées tempêtes solaires, éruptions de gaz et de champs magnétiques appelées éjections de masse coronale, ou des rafales de vent solaire, un flux de gaz électriquement conducteur qui souffle continuellement dans l'espace à environ un million de miles par heure. Par exemple, les aurores boréales et australes sur Terre se produisent lorsqu'une violente activité solaire perturbe la magnétosphère terrestre, provoquant le choc des électrons à grande vitesse dans les particules de gaz dans la haute atmosphère nocturne de la Terre et les fait briller. Des processus similaires génèrent des aurores discrètes et diffuses de Mars – deux types d'aurores qui ont été précédemment observées du côté nocturne martien.
Les aurores à protons se forment lorsque les protons du vent solaire (qui sont des atomes d'hydrogène privés de leurs électrons isolés par une chaleur intense) interagissent avec la haute atmosphère du côté jour de Mars. À l'approche de Mars, les protons entrant avec le vent solaire se transforment en atomes neutres en volant des électrons aux atomes d'hydrogène dans le bord extérieur de la couronne d'hydrogène martienne, un énorme nuage d'hydrogène entourant la planète. Lorsque ces atomes entrants à grande vitesse frappent l'atmosphère, une partie de leur énergie est émise sous forme de lumière ultraviolette.
Lorsque l'équipe MAVEN a observé pour la première fois l'aurore à protons, ils pensaient que c'était un événement relativement inhabituel. "En premier, nous pensions que ces événements étaient plutôt rares car nous ne cherchions pas les bons moments et les bons endroits, " a déclaré Mike Chaffin, chercheur au Laboratoire de physique de l'atmosphère et de l'espace (LASP) de l'Université du Colorado à Boulder et deuxième auteur de l'étude. "Mais à y regarder de plus près, nous avons constaté que les aurores à protons se produisent beaucoup plus souvent dans les observations diurnes de l'été austral que ce à quoi nous nous attendions initialement. ce qui augmente à plus de 80 pour cent du temps lorsque seules les observations d'été austral de jour sont prises en compte. "Par comparaison, L'IUVS a détecté des aurores diffuses sur Mars dans quelques pourcents d'orbites à géométrie favorable, et les détections d'aurores discrètes sont encore plus rares dans l'ensemble de données, " a déclaré Nick Schneider, co-auteur et responsable de l'équipe IUVS au LASP.
Images des aurores à protons de Mars. Le spectrographe ultraviolet d'imagerie de MAVEN observe l'atmosphère de Mars, faire des images d'hydrogène neutre et d'aurore à protons simultanément (à gauche). Les observations dans des conditions normales montrent de l'hydrogène sur le disque et dans l'atmosphère étendue de la planète à partir d'un point de vue du côté nuit (au milieu). L'aurore à protons est visible sous la forme d'un éclaircissement significatif sur le membre et le disque (à droite) ; avec la contribution de l'hydrogène neutre soustraite, la distribution des aurores à protons est révélée, montrant qu'il culmine en luminosité juste à côté du disque martien alors que des neutres énergétiques s'écrasent dans l'atmosphère. Crédit :Université aéronautique Embry-Riddle/LASP, U. du Colorado
La corrélation avec l'été austral a permis de comprendre pourquoi les aurores à protons sont si courantes et comment elles pourraient être utilisées pour suivre la perte d'eau. Pendant l'été austral sur Mars, la planète est également proche de sa distance la plus proche du Soleil sur son orbite et d'énormes tempêtes de poussière peuvent se produire. Le réchauffement estival et l'activité de la poussière semblent provoquer des aurores à protons en forçant la vapeur d'eau à monter dans l'atmosphère. La lumière ultraviolette extrême solaire brise l'eau en ses composants, hydrogène et oxygène. L'hydrogène léger est faiblement lié par la gravité de Mars et améliore la couronne d'hydrogène entourant Mars, augmentation des pertes d'hydrogène dans l'espace. Plus d'hydrogène dans la couronne rend les interactions avec les protons du vent solaire plus fréquentes, rendant les aurores à protons plus fréquentes et plus lumineuses.
"Toutes les conditions nécessaires pour créer une aurore à protons martienne (par exemple, protons du vent solaire, une atmosphère d'hydrogène prolongée, et l'absence d'un champ magnétique dipolaire global) sont plus couramment disponibles sur Mars que ceux nécessaires pour créer d'autres types d'aurore, " dit Hughes. " Aussi, le lien entre les observations de MAVEN sur l'augmentation de l'échappement atmosphérique et l'augmentation de la fréquence et de l'intensité des aurores à protons signifie que les aurores à protons peuvent en fait être utilisées comme indicateur de ce qui se passe dans la couronne d'hydrogène entourant Mars, et donc, une approximation des périodes d'augmentation de l'échappement atmosphérique et de la perte d'eau."
