NASA MAVEN раскрывает новые аспекты изучения полярных сияний на Марсе

Миссия NASA по исследованию атмосферы Марса и его летучих веществ (MAVEN) на протяжении более десяти лет изучала атмосферу Красной планеты. Несмотря на то, что связь с орбитальным аппаратом была потеряна в декабре 2025 года, а официальное завершение миссии произошло 3 июня, собранные данные продолжают углублять наши знания о атмосфере Марса и механизмах, управляющих различными явлениями, включая марсианские полярные сияния, аналогичные тем, что наблюдаются на Земле, но с некоторыми важными отличиями.

Недавнее исследование, возглавляемое учеными из Калифорнийского университета в Беркли, продемонстрировало, что полярные сияния на Марсе формируются аналогично тем, что наблюдаются на Земле. На основе данных, полученных с помощью нескольких научных инструментов MAVEN, они выяснили, что тот же механизм, который циркулирует заряженные солнечные частицы от Солнца в атмосферу Земли (Цикл Данджи), также действует на Марсе. Однако из-за различий в магнитных полях двух планет марсианские полярные сияния возникают на гораздо меньших масштабах.

Марс, Красная планета, не имеет магнитного поля, защищающего его от солнечного ветра, что приводит к потере атмосферы, в отличие от Земли. Фото: NASA/GSFC.

Статья, описывающая результаты исследования, под названием "Миниатюрный цикл, подобный Данджи на Марсе", была опубликована 23 июля в журнале Nature Communications. Цикл Данджи, названный в честь британского космического ученого Джеймса Данджи в 1961 году, описывает процесс, который управляет электрическими токами в магнитном поле Земли, ускоряет заряженные солнечные частицы, создающие полярные сияния, и контролирует циркуляцию плазмы в магнитосфере и верхней атмосфере Земли.

Процесс начинается, когда магнитные линии поля Солнца приближаются к магнитосфере Земли, где они переподключаются и вводят частицы солнечного ветра в магнитосферу и магнитотел Земли. Это приводит к выбросу электронов обратно в атмосферу Земли, которые направляются к полюсам, создавая полярные сияния. В отличие от Земли, на Марсе отсутствует планетарное магнитное поле, существуют лишь миниатюрные магнитосферы, образующиеся из сильно магнитизированных участков коры, разбросанных по поверхности.

Собственное магнитное поле Земли создается благодаря динамо-действию в ее внутренней части, где расплавленное внешнее ядро вращается в противоположном направлении относительно твердого внутреннего ядра. На Марсе геологическая активность в ядре в значительной степени прекратилась около 4 миллиардов лет назад, что привело к исчезновению его магнитного поля. Магнитные регионы — это остатки от мест, где лава остыла в присутствии этого древнего поля. Миссия MAVEN наблюдала высоколокализованные полярные сияния над этими полями, но только сейчас ученые полностью поняли физику их формирования.

Для создания полной картины цикла, подобного Данджи, команда использовала данные, полученные с помощью магнитометра MAVEN, анализатора солнечного ветра (SWEA) и инструмента для анализа ионов (STATIC). Эти инструменты были использованы для определения конфигурации магнитных полей Марса, вывода электрических токов и измерения потоков плазмы в ионосфере соответственно.

Шаосуй Сюй, ассоциированный научный сотрудник Лаборатории космических наук при UC Berkeley и ведущий автор исследования, объяснил в пресс-релизе NASA:

Мы знали, что магнитное переподключение происходит на Марсе, но не ожидали, что это будет похоже на цикл Данджи. Мы действительно преодолели пределы STATIC, чтобы получить необходимые данные. Это была последняя деталь в разгадке этих локализованных полярных сияний. Я помню, как в аспирантуре обсуждал с моим научным руководителем, как может работать цикл магнитных полей коры на Марсе. Удивительно быть частью команды, которая нашла ответ на этот вопрос.

Научная визуализация электрических токов вокруг Марса (синие и красные стрелки), показывающая, как они окружает Марс в сложной, двойной структуре от его дневной стороны к ночной. Кредиты: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS/Cindy Starr.

Полученные знания о том, что происходит внутри магнитных полей коры Марса, помогают понять, как электроны получают энергию для создания полярных сияний. Понимание этого процесса также дает ученым более четкое представление о том, как космическая погода взаимодействует с Красной планетой в целом, что имеет важное значение для будущих роботизированных и пилотируемых миссий. Наконец, это показывает, что механизм, подобный Данджи, может происходить как на больших, так и на малых масштабах, предоставляя подсказки о том, где еще в Солнечной системе этот процесс может иметь место.

Шеннон Керри, главный исследователь MAVEN и научный сотрудник Лаборатории атмосферных и космических исследований при Университете Колорадо в Боулдере, отметила:

Это замечательный результат, который меняет наше представление о марсианских полярных сияниях и является еще одним важным шагом к пониманию того, почему Марс и Земля развивались так по-разному, несмотря на то, что подчиняются одной и той же физике. Я невероятно горд работой нашей команды над этим открытием и с нетерпением жду новых инсайтов о Красной планете и ее эволюции.

Дополнительные материалы: NASA, Nature Communications