Som de energiska partiklarna i solvindens hastighet över interplanetära rymden, deras rörelse modifieras av objekt i deras väg. En studie, baserat på data från ESA:s Mars Express -orbiter, har kastat nytt ljus på en överraskande interaktion mellan planeten Mars och supersoniska partiklar i solvinden.

Forskare har länge varit medvetna om att en funktion som kallas en bågstöt bildas uppströms om en planet - snarare som ett fartygs båge, där vattnet bromsas och sedan avleds runt hindret.

Bogschocken markerar en ganska skarp gräns där solvinden plötsligt bromsar när den börjar plöja in i en planets magnetosfär eller yttre atmosfär.

När det gäller Mars, som inte genererar ett globalt magnetfält och har en tunn atmosfär, det största hindret för solvinden är jonosfären - en region av elektriskt laddade partiklar i dess övre atmosfär.

Vidare, den relativt små storleken, massan och tyngdkraften på Mars möjliggör bildandet av en förlängd exosfär - det yttersta lagret av atmosfären, där gasatomer och molekyler flyr ut i rymden och interagerar direkt med solvinden.

Observationer gjorda av många rymdfarkoster under många årtionden har visat att variationer i jonosfären och exosfären spelar en roll i förändringar i placeringen av bågstötgränsen.

Som förväntat, avståndet mellan Marsbågens chock från planeten ökar när solvindens dynamiska tryck minskar. Detta är snarare som en försvagning av bågvågen framför ett fartyg när vattnets flöde saktar ner.

Å andra sidan, ökningar i avståndet till Marsbågsstötens sammanfaller med ökningar i mängden inkommande solstrålning vid extrema ultravioletta (EUV) våglängder. Följaktligen, hastigheten med vilken joner och elektroner produceras från atomer och molekyler i den övre atmosfären ökar. Detta resulterar i ökat termiskt tryck inom jonosfären, gör det möjligt att bättre motverka inkommande solvindflöde.

På samma gång, nyskapade joner inom den utökade exosfären tas upp och accelereras av de elektromagnetiska fälten som bärs av solvinden. Resultatet är en avmattning i solvinden och en förskjutning av bågstötens läge.

En annan möjlig faktor för att påverka bågchockens placering är Mars bana. Planetens avstånd från solen är mycket mer elliptiskt än jordens, allt från 206 miljoner km till 249 miljoner km - en skillnad på 20 procent.

Ett team av europeiska forskare har undersökt hur och varför bågschockens placering varierar under marsåret. I en artikel publicerad online i 21 november 2016 -numret av Journal of Geophysical Research:Space Physics , teamet har analyserat mer än fem marsåriga mätningar från Mars Express Analyzer of Space Plasma och EneRgetic Atoms (ASPERA-3) Electron Spectrometer (ELS) för att identifiera 11 861 bågstötskorsningar. Detta är den första analysen av bågchocken som baseras på data som erhållits under en så lång period och under alla Mars -säsonger.

När Mars Express korsar Marsbågsstöten registrerar ELS -instrumentet vanligtvis en plötslig ökning av elektronflöden över ett brett spektrum av energier (vanligtvis upp till några hundra eV).

Forskarna upptäckte att i genomsnitt, roschocken är närmare Mars nära aphelion (planetens längsta punkt från solen), och längre bort från Mars nära perihelion (planetens närmaste punkt till solen). Bogschockens genomsnittliga avstånd från Mars, mätt ovanför terminatorn (dag-natt-gränsen) når minst 8102 km runt aphelion, medan dess maximala avstånd på 8984 km förekommer runt perihelion. Detta är en total variation på cirka 11 procent under varje marsbana.

Teamet verifierade också tidigare fynd att roschocken på södra halvklotet är, i genomsnitt, ligger längre bort från Mars än på norra halvklotet. Dock, denna halvklotformiga asymmetri är liten (en total distansvariation på 2,4 procent), och samma årliga variationer i bågchocken uppstår oavsett halvklotet.

Solvindens densitet (och, därför, dynamiskt tryck), styrkan hos det interplanetära magnetfältet, och solbestrålning, förväntas alla minska med avståndet från solen. Eftersom dessa parametrar påverkar bågstötens läge på olika sätt, laget ville ta reda på vilken som är den dominerande faktorn under Mars -året.

Deras något överraskande upptäckt var att bågchockens placering är mer känslig för variationer i solens EUV -uteffekt än för solvindens dynamiska tryckvariationer.

Detta kan till stor del bero på den välkända effekten av EUV på jonosfärens densitet och termiska tryck, och expansionen av exosfären (se ovan). Dessa processer skapar buffertar mot solvinden.

Dock, variationerna i bågstöteavståndet korrelerar också med årliga förändringar i mängden damm i Mars -atmosfären. Marsdammstormsäsongen inträffar runt perihelion, när planeten är varmare och får mer solstrålning.

"Dammstormar har tidigare visat sig interagera med övre atmosfären och jonosfären på Mars, så det kan finnas en indirekt koppling mellan dammstormar och bågstötläge, "sade Benjamin Hall, huvudförfattare till tidningen, som tills nyligen var vid University of Leicester, och är för närvarande forskare vid Lancaster University, STORBRITANNIEN.

"Dock, vi drar inga ytterligare slutsatser om hur dammstormarna direkt kan påverka placeringen av marschbågsstöten och lämna en sådan undersökning till en framtida studie.

"Det verkar troligt att ingen enda mekanism kan förklara våra observationer, utan snarare en kombinerad effekt av dem alla. Vid denna tidpunkt kan ingen av dem uteslutas.

"Framtida undersökningar av samband mellan atmosfärisk dammbelastning och övre atmosfär på Mars behövs, involverar gemensamma undersökningar av ESA:s Mars Express och Trace Gas Orbiter, och NASA:s MAVEN -uppdrag. Tidiga data från MAVEN verkar bekräfta de trender som vi upptäckte. "

"Liknande undersökningar gjordes av ASPERA -instrumentet som flög ombord på Venus Express -orbitern, gör det möjligt för oss att jämföra fysiska processer och förhållanden på två mycket olika planeter som båda har svaga magnetfält, "sa Dmitri Titov, ESA:s Mars Express -projektforskare.

"Detta visar värdet av att använda samma instrument för att utforska olika världar."