يتفاعل كل كوكب في نظامنا الشمسي مع تيار الجسيمات النشطة القادمة من الشمس. غالبًا ما يشار إليها باسم "الرياح الشمسية" ، تتكون هذه الجسيمات بشكل رئيسي من الإلكترونات والبروتونات وجسيمات ألفا التي تشق طريقها باستمرار نحو الفضاء بين النجوم. عندما يلامس هذا التيار الغلاف المغناطيسي للكوكب أو الغلاف الجوي للكوكب ، فإنه يشكل منطقة حولهم تعرف باسم "صدمة القوس".
تتشكل هذه المناطق أمام الكوكب ، مما يؤدي إلى تباطؤ وتحويل الرياح الشمسية أثناء مرورها في الماضي - تمامًا مثل كيفية تحويل المياه حول القارب. في حالة المريخ ، فإن الغلاف الجوي المتأين للكوكب هو الذي يوفر البيئة الموصلة اللازمة لتشكيل صدمة القوس. ووفقًا لدراسة جديدة أجراها فريق من العلماء الأوروبيين ، فإن صدمة القوس في المريخ تتغير نتيجة التغيرات في الغلاف الجوي لكوكب الأرض.
ظهرت الدراسة التي تحمل عنوان "الاختلافات السنوية في موقع الصدمة المريخية كما لاحظتها بعثة مارس إكسبريس" في مجلة الرسائل الجيوفيزيائية: فيزياء الفضاء. باستخدام البيانات من مارس اكسبريس سعى الفريق العلمي في المسبار إلى التحقق من كيفية اختلاف موقع صدمة القوس خلال عدة سنوات من المريخ ، ولماذا تكون العوامل هي المسؤولة بشكل أساسي.
لعقود عديدة ، كان الفلكيون يدركون أن صدمات القوس تشكل تيارًا من كوكب ، حيث يتسبب التفاعل بين الرياح الشمسية والكوكب في إبطاء الجسيمات النشطة وتحويلها تدريجيًا. حيث تلتقي الرياح الشمسية مع الغلاف المغناطيسي أو الغلاف الجوي للكوكب ، يتم تشكيل خط حدودي حاد يمتد حول الكوكب في قوس اتساع.
هذا هو المكان الذي يأتي منه مصطلح صدمة القوس ، بسبب شكله المميز. في حالة المريخ ، الذي لا يحتوي على مجال مغناطيسي عالمي وجو رقيق إلى حد ما للتمهيد (أقل من 1 ٪ من الضغط الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر) ، فهي المنطقة المشحونة كهربائيًا في الغلاف الجوي العلوي (الأيونوسفير) المسؤول عن إحداث صدمة القوس حول الكوكب.
في الوقت نفسه ، يسمح كوكب المريخ الصغير الحجم والكتلة والجاذبية نسبيًا بتشكيل جو ممتد (أي الغلاف الخارجي). في هذا الجزء من الغلاف الجوي للمريخ ، تتسرب الذرات والجزيئات الغازية إلى الفضاء وتتفاعل مباشرة مع الرياح الشمسية. على مر السنين ، تمت ملاحظة هذا الجو الممتد وصدمة القوس المريخ من خلال بعثات متعددة في الفضاء ، والتي كشفت عن اختلافات في حدود الأخيرة.
ويعتقد أن هذا ناتج عن عوامل متعددة ، ليس أقلها المسافة. نظرًا لأن كوكب المريخ يحتوي على مدار غريب الأطوار نسبيًا (0.0934 مقارنةً بالأرض 0.0167) ، فإن المسافة بينه وبين الشمس تختلف قليلاً - بدءًا من 206.7 مليون كيلومتر (128.437 مليون ميل ؛ 1.3814 AU) عند الحضيض إلى 249.2 مليون كيلومتر (154.8457 ميل ؛ 1.666 AU) في الأوج.
عندما يقترب الكوكب ، يزداد الضغط الديناميكي للرياح الشمسية على الغلاف الجوي. ومع ذلك ، يتزامن هذا التغيير في المسافة أيضًا مع الزيادات في كمية الإشعاع الشمسي المتطرف الوارد (UVV) الوارد. ونتيجة لذلك ، يزداد معدل إنتاج الأيونات والإلكترونات (المعروفة أيضًا بالبلازما) في الغلاف الجوي العلوي ، مما يتسبب في زيادة الضغط الحراري الذي يقاوم الرياح الشمسية القادمة.
يتم أيضًا التقاط الأيونات التي تم إنشاؤها حديثًا في الغلاف الجوي الممتد وتسريعها من خلال المجالات الكهرومغناطيسية التي تحملها الرياح الشمسية. هذا يؤدي إلى إبطائه وتسبب صدمة المريخ في تغيير موقعه. من المعروف أن كل هذا يحدث على مدار عام مريخي واحد - وهو ما يعادل 686.971 يومًا أرضيًا أو 668.5991 يومًا مريخيًا (sols).
ومع ذلك ، فإن كيفية التصرف على مدى فترات أطول من الزمن هو سؤال لم تتم الإجابة عليه من قبل. على هذا النحو ، استشار فريق العلماء الأوروبيين البيانات التي حصلت عليها مارس اكسبريس مهمة على مدى خمس سنوات. تم أخذ هذه البيانات من قبل محلل البلازما الفضائية وذرات EneRgetic (ASPERA-3) مطياف الإلكترون (ELS) ، والذي استخدمه الفريق لفحص ما مجموعه 11،861 تقاطع صدمة القوس.
ما وجدوه هو أن صدمة القوس ، في المتوسط ، أقرب إلى المريخ عندما تكون بالقرب من الأوج (8102 كم) ، وأكثر في الحضيض (8984 كم). يعمل هذا على اختلاف حوالي 11 ٪ خلال عام المريخ ، وهو ما يتفق تمامًا مع الانحراف. ومع ذلك ، أراد الفريق معرفة أي (إن وجد) من الآليات التي تمت دراستها سابقًا والتي كانت مسؤولة بشكل رئيسي عن هذا التغيير.
لتحقيق هذه الغاية ، نظر الفريق في الاختلافات في كثافة الرياح الشمسية ، وقوة المجال المغناطيسي بين الكواكب ، والإشعاع الشمسي كأسباب رئيسية - وكلها تنخفض مع اقتراب الكوكب من الشمس. ومع ذلك ، فإن ما وجدوه هو أن موقع صدمة القوس يبدو أكثر حساسية للتغيرات في ناتج الشمس من الأشعة فوق البنفسجية القصوى بدلاً من الاختلافات في الرياح الشمسية نفسها.
يبدو أن الاختلافات في مسافة صدمة القوس ترتبط أيضًا بكمية الغبار في الغلاف الجوي للمريخ. يزداد هذا مع اقتراب المريخ من الحضيض ، مما يؤدي إلى امتصاص الغلاف الجوي لمزيد من الإشعاع الشمسي والسخونة. تمامًا مثل كيف تؤدي زيادة مستويات EUV إلى زيادة كمية البلازما في الأيونوسفير والغلاف الخارجي ، يبدو أن كميات متزايدة من الغبار تعمل كعازل ضد الرياح الشمسية.
وكما قال بنجامين هول ، الباحث في جامعة لانكستر في المملكة المتحدة والمؤلف الرئيسي للصحيفة ، في بيان صحفي لوكالة الفضاء الأوروبية:
"لقد أظهرت العواصف الترابية سابقًا أنها تتفاعل مع الغلاف الجوي العلوي والغلاف الجوي المتأين للمريخ ، لذلك قد يكون هناك اقتران غير مباشر بين العواصف الترابية وموقع صدمة القوس ... ومع ذلك ، فإننا لا نستخلص أي استنتاجات أخرى حول كيفية عواصف الغبار مباشرة التأثير على موقع صدمة القوس المريخي وترك مثل هذا التحقيق لدراسة مستقبلية. "
في النهاية ، لم يستطع هول وفريقه تحديد أي عامل واحد عند معالجة سبب تحول صدمة القوس المريخ على فترات زمنية أطول. وقال: "يبدو من المحتمل أنه لا يمكن لآلية واحدة أن تفسر ملاحظاتنا ، بل بالأحرى تأثير مشترك لهم جميعا". "في هذه المرحلة لا يمكن استبعاد أي منها."
واستشرافا للمستقبل ، يأمل هول وزملاؤه في أن تساعد المهام المستقبلية في إلقاء مزيد من الضوء على الآليات الكامنة وراء صدمة المريخ المتغيرة. وكما أشارت هول ، فإن ذلك سيشتمل على الأرجح على "" التحقيقات المشتركة التي تجريها وكالة الفضاء الأوروبية مارس اكسبريس وتتبع غاز Orbiter ووكالة ناسا مخضرم مهمة. يبدو أن البيانات المبكرة من MAVEN تؤكد الاتجاهات التي اكتشفناها ".
في حين أن هذا ليس التحليل الأول الذي سعى لفهم كيفية تفاعل الغلاف الجوي للمريخ مع الرياح الشمسية ، فقد استند هذا التحليل الخاص إلى البيانات التي تم الحصول عليها على مدى فترة زمنية أطول بكثير من أي دراسة سابقة. في النهاية ، تكشف المهمات المتعددة التي تدرس حاليًا كوكب المريخ الكثير عن ديناميكيات الغلاف الجوي لهذا الكوكب. كوكب ، على عكس الأرض ، لديه مجال مغناطيسي ضعيف للغاية.
ما نتعلمه في هذه العملية سيقطع شوطًا طويلاً نحو ضمان أن تكون مهمات الاستكشاف المستقبلية إلى المريخ والكواكب الأخرى ذات المجالات المغناطيسية الضعيفة (مثل فينوس وميركوري) آمنة وفعالة. قد يساعدنا حتى في إنشاء قواعد دائمة على هذه العوالم يومًا ما!
