Proton aurora på Mars. Först, en solvindsproton närmar sig Mars i hög hastighet och stöter på ett vätemoln som omger planeten. Protonen stjäl en elektron från en Mars -väteatom, och blir därmed en neutral atom. Atomen passerar genom bågshocken, ett magnetiskt hinder som omger Mars, eftersom neutrala partiklar inte påverkas av magnetfält. Till sist, väteatomen kommer in i Mars atmosfär och kolliderar med gasmolekyler, orsakar atomen att avge ultraviolett ljus. Upphovsman:NASA/MAVEN/Goddard Space Flight Center/Dan Gallagher
Auroror visas på jorden som spöklika uppvisningar av färgglatt ljus på natthimlen, vanligtvis nära polerna. Vår steniga granne Mars har också auroror, och NASA:s MAVEN rymdfarkoster hittade precis en ny typ av Mars -norrsken som inträffar under stora delar av den dagliga sidan av den röda planeten, där auroror är mycket svåra att se.
Auroror blossar upp när energiska partiklar tränger in i en planets atmosfär, bombardera gaser och få dem att lysa. Medan elektroner generellt orsakar detta naturliga fenomen, någon gång kan protoner framkalla samma svar, även om det är mer sällsynt. Nu, MAVEN -teamet har lärt sig att protoner gjorde på Mars samma sak som elektroner vanligtvis gör på jorden - skapa norrsken. Detta gäller särskilt när solen matar ut en särskilt stark puls av protoner, som är väteatomer avdrivna från sina ensamma elektroner genom intensiv värme. Solen matar ut protoner i hastigheter upp till två miljoner miles i timmen (mer än 3 miljoner kilometer i timmen) i ett oregelbundet flöde som kallas solvinden.
MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution mission) studerade Mars atmosfär med Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS), och observerade att ibland, det ultravioletta ljuset som kommer från vätgas i Mars övre atmosfär skulle mystiskt lysa upp i några timmar. De märkte sedan att de ljusare händelserna inträffade när ett annat MAVEN -instrument, Solar Wind Ion Analyzer (SWIA), uppmätt förbättrade solvindprotoner.
MAVEN observationer av en protonurora. I den övre panelen, den naturliga variationen i solvinden resulterar i enstaka täta flöden av solvindsprotoner som bombarderar Mars. På botten, observationer från MAVEN's Imaging Ultraviolet Spectrograph visar ökat ultraviolett utsläpp från atmosfären när solvinden förstärks. Upphovsman:NASA/MAVEN/University of Colorado/LASP/Anil Rao
Men två pussel får denna typ av aurora att verka omöjlig vid första anblicken:hur gick dessa protoner förbi planetens "bågchock, "ett magnetiskt hinder som normalt avleder solvindens laddade partiklar runt planeten? Och hur kan protonerna avge ljus, eftersom atomer behöver elektroner för att göra det?
"Svaret var tjuv, "sa Justin Deighan, från Laboratory for Atmospheric and Space Physics vid University of Colorado, Flyttblock, huvudförfattare till ett papper om denna forskning som publicerades 23 juli Natur Astronomi . "När de närmar sig Mars, protonerna som kommer in med solvinden förvandlas till neutrala atomer genom att stjäla elektroner från ytterkanten av det enorma vätemolnet som omger planeten. Bogschocken kan bara avleda laddade partiklar, så dessa neutrala atomer fortsätter rakt igenom. "När de höghastighetsinkommande atomerna träffade atmosfären, en del av deras energi sändes ut som ultraviolett ljus, som är osynlig för det mänskliga ögat men detekterbar för instrument som IUVS på MAVEN. Faktiskt, en inkommande atom kan kollidera med molekyler i atmosfären hundratals gånger innan den saktar ner, avger en massa ultravioletta fotoner.
"Mars protonuroror är mer än en ljusshow, "sa Jasper Halekas från University of Iowa, ansvarig för SWIA -instrumentet. "De avslöjar att solvinden inte avleds helt runt Mars, genom att visa hur solvindens protoner kan smyga förbi bågstötarna och påverka atmosfären, avsätta energi och till och med öka vätehalten där. "
Protonuroror förekommer på jorden, men inte så ofta som på Mars. En viktig skillnad är jordens starka magnetfält, som avlägsnar solvinden från jorden i mycket högre grad än vid Mars. På jorden, protonuroror förekommer bara i mycket små områden nära polerna, medan de på Mars kan hända överallt.
Dock, protonuroror kan vara vanliga på Venus och på Saturns måne Titan. Som Mars, dessa två världar saknar sina egna magnetfält, och har massor av väte i sin övre atmosfär - med massor av elektroner att dela. Tittar längre, det är troligt att många planeter som kretsar kring andra stjärnor har samma gynnsamma förhållanden, och skulle sannolikt också ha protonuroror.
