En typ av norrsken från Mars som först identifierades av NASA:s rymdfarkost MAVEN 2016 är faktiskt den vanligaste formen av norrsken som förekommer på den röda planeten, enligt nya resultat från uppdraget. Norrsken är känd som en proton norrsken och kan hjälpa forskare att spåra vattenförlust från Mars atmosfär.

På jorden, norrsken ses vanligen som färgglada uppvisningar av ljus på natthimlen nära polarområdena, där de också är kända som norr- och södersken. Dock, proton norrsken på Mars händer under dagen och avger ultraviolett ljus, så det är osynligt för det mänskliga ögat men kan upptäckas för Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS)-instrumentet på rymdfarkosten MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutionN).

MAVENs uppdrag är att undersöka hur den röda planeten förlorade mycket av sin atmosfär och vatten, förvandla sitt klimat från ett som kan ha försörjt livet till ett som är kallt, torr, och ogästvänlig. Eftersom proton norrsken genereras indirekt av väte som härrör från marsvatten som håller på att förloras till rymden, denna norrsken kan användas för att spåra pågående vattenförluster från mars.

"I denna nya studie som använder MAVEN/IUVS-data från flera Mars-år, teamet har funnit att perioder av ökad atmosfärisk flykt motsvarar ökningar i förekomst och intensitet av proton aurora, " sa Andréa Hughes från Embry-Riddle Aeronautical University i Daytona Beach, Florida. Hughes är huvudförfattare till en artikel om denna forskning publicerad den 12 december i Journal of Geophysical Research : Rymdfysik . "Kanske en dag, när interplanetära resor blir vanliga, resenärer som anländer till Mars under södra sommaren kommer att ha sittplatser på främre raden för att observera Martian proton aurora majestätiskt dansa över planetens dagsida (medan de bär ultraviolettkänsliga glasögon, självklart). Dessa resenärer kommer att bevittna de sista stadierna av Mars som förlorar resten av sitt vatten till rymden." Hughes presenterar forskningen den 12 december vid American Geophysical Unions möte i San Francisco.

Olika fenomen ger olika sorters norrsken. Dock, alla norrsken på jorden och Mars drivs av solaktivitet, oavsett om det är explosioner av höghastighetspartiklar som kallas solstormar, utbrott av gas och magnetfält som kallas koronala massutstötningar, eller vindbyar i solvinden, en ström av elektriskt ledande gas som kontinuerligt blåser ut i rymden med cirka en miljon miles per timme. Till exempel, norr- och söderskenet på jorden inträffar när våldsam solaktivitet stör jordens magnetosfär, orsakar höghastighetselektroner att slå in i gaspartiklar i jordens nattliga övre atmosfär och få dem att glöda. Liknande processer genererar Mars diskreta och diffusa norrsken – två typer av norrsken som tidigare observerades på Mars nattsida.

Protonaurora bildas när solvindsprotoner (som är väteatomer avskalade från sina ensamma elektroner av intensiv värme) interagerar med den övre atmosfären på Mars dagsida. När de närmar sig Mars, protonerna som kommer in med solvinden omvandlas till neutrala atomer genom att stjäla elektroner från väteatomer i ytterkanten av Mars vätekorona, ett stort moln av väte som omger planeten. När dessa höghastighetsinkommande atomer träffar atmosfären, en del av deras energi sänds ut som ultraviolett ljus.

När MAVEN-teamet först observerade proton norrsken, de tyckte att det var en relativt ovanlig händelse. "I början, vi trodde att dessa händelser var ganska sällsynta eftersom vi inte tittade på rätt tider och platser, sa Mike Chaffin, forskare vid University of Colorado Boulder's Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) och andra författare till studien. "Men efter en närmare titt, vi fann att proton norrsken förekommer mycket oftare i södra sommarobservationer dagtid än vi från början förväntade oss." Teamet har hittat proton norrsken i cirka 14 procent av deras observationer dagtid, vilket ökar till mer än 80 procent av tiden när endast södra sommarobservationer dagtid beaktas. "Som jämförelse, IUVS har upptäckt diffus norrsken på Mars i några få procent av banorna med gynnsam geometri, och diskreta norrskensdetektioner är ännu sällsynta i datamängden, sa Nick Schneider, medförfattare och ledare för IUVS-teamet vid LASP.

Korrelationen med den södra sommaren gav en ledtråd om varför proton norrsken är så vanliga och hur de kan användas för att spåra vattenförlust. Under sydsommaren på Mars, planeten är också nära sitt närmaste avstånd till solen i sin omloppsbana och stora dammstormar kan uppstå. Sommaruppvärmning och dammaktivitet verkar orsaka protonnorrande genom att tvinga vattenånga högt upp i atmosfären. Solens extrema ultravioletta ljus bryter vattnet i dess komponenter, väte och syre. Det lätta vätet är svagt bundet av Mars gravitation och förstärker vätekoronan som omger Mars, öka väteförlusten till rymden. Mer väte i koronan gör interaktioner med sol-vindprotoner vanligare, gör protonaurora mer frekvent och ljusare.

"Alla förutsättningar som krävs för att skapa Martian proton aurora (t.ex. solvindsprotoner, en utsträckt väteatmosfär, och frånvaron av ett globalt dipolmagnetfält) är vanligare på Mars än de som behövs för att skapa andra typer av norrsken, " sade Hughes. "Också, the connection between MAVEN's observations of increased atmospheric escape and increases in proton aurora frequency and intensity means that proton aurora can actually be used as a proxy for what's happening in the hydrogen corona surrounding Mars, och därför, a proxy for times of increased atmospheric escape and water loss."