Ny forskning som använder ett decennium av data från ESA:s Mars Express har hittat tydliga tecken på att den komplexa atmosfären på mars fungerar som en singel, sammankopplat system, med processer som sker på låga och medelhöga nivåer som signifikant påverkar de som ses högre upp.

Att förstå Mars atmosfär är ett nyckelämne inom planetvetenskap, från dess nuvarande status till dess tidigare historia. Mars atmosfär läcker kontinuerligt ut i rymden, och är en avgörande faktor i planetens förflutna, närvarande, och framtida beboelighet – eller brist på sådan. Planeten har förlorat majoriteten av sin en gång mycket tätare och blötare atmosfär, får det att utvecklas till det torra, torra värld vi ser idag.

Dock, den tunna atmosfär som Mars har behållit är fortfarande komplex, och forskare arbetar för att förstå om och hur processerna inom den hänger samman över rum och tid.

En ny studie baserad på 10 års data från radarinstrumentet på Mars Express ger nu tydliga bevis på en eftertraktad koppling mellan planetens övre och nedre atmosfärer. Medan de är mest känd för att sondera Mars inre via radarljud, Instrumentet har också samlat in observationer av Mars jonosfär sedan det började fungera 2005.

"De nedre och mellersta nivåerna av Mars atmosfär verkar vara kopplade till de övre nivåerna:det finns en tydlig koppling mellan dem under hela marsåret, " säger huvudförfattaren Beatriz Sánchez-Cano vid University of Leicester, STORBRITANNIEN.

"Vi hittade denna länk genom att spåra mängden elektroner i den övre atmosfären - en egenskap som har mätts av MARSIS-radarn i över ett decennium över olika årstider, områden på Mars, tider på dygnet, och mer – och korrelera det med de atmosfäriska parametrarna som mäts av andra instrument på Mars Express."

Mängden laddade partiklar i Mars övre atmosfär – på höjder mellan 100 och 200 km – är känd för att förändras med årstid och lokal tid, drivs av förändringar i solbelysning och aktivitet, och, avgörande för denna studie, atmosfärens varierande sammansättning och täthet. Men forskarna hittade fler förändringar än de förväntade sig.

"Vi upptäckte en överraskande och betydande ökning av mängden laddade partiklar i den övre atmosfären under våren på norra halvklotet, vilket är när massan i den lägre atmosfären växer när isen sublimeras från den norra polarmössan, ", tillägger Beatriz.

Mars polarlock består av en blandning av vattenis och frusen koldioxid. Varje vinter, upp till en tredjedel av massan i Mars atmosfär kondenserar för att bilda ett isigt lager vid var och en av planetens poler. Varje vår, en del av massan inom dessa lock sublimeras för att återförenas med atmosfären, och locken krymper synbart som ett resultat.

"Denna sublimeringsprocess ansågs för det mesta bara påverka den lägre atmosfären - vi förväntade oss inte att se dess effekter tydligt sprida sig uppåt till högre nivåer, säger medförfattaren Olivier Witasse från European Space Agency, och tidigare ESA Project Scientist för Mars Express.

"Det är väldigt intressant att hitta ett sådant samband."

Fyndet tyder på att Mars atmosfär beter sig som ett enda system.

Detta kan potentiellt hjälpa forskare att förstå hur Mars atmosfär utvecklas över tiden – inte bara med avseende på yttre störningar som rymdväder och solens aktivitet, men också med hänsyn till Mars egen starka interna variabilitet och ytprocesser.

Att förstå den komplexa atmosfären på Mars är ett av huvudmålen för ESA:s Mars Express-uppdrag, som har opererat i omloppsbana runt den röda planeten sedan 2003.

"Mars Express är fortfarande stark, med ett av dess nuvarande huvudmål är att utforska exakt hur Mars-atmosfären beter sig, och hur olika lager av den är kopplade till varandra, " säger ESA Mars Express Project Scientist Dmitri Titov.

"Att ha en lång baslinje av data är grundläggande för vår studie av Mars – det finns nu över ett decennium av observationer att arbeta med. Dessa data täcker inte bara en lång tidsperiod, men också hela Mars och dess atmosfär.

"Denna rikedom av omfattande och kompletterande observationer av olika instrument på Mars Express gör studier som denna möjliga och, tillsammans med ESA:s Trace Gas Orbiter och NASA:s MAVEN-uppdrag, hjälper oss att reda ut hemligheterna bakom Mars atmosfär."