Setiap planet di Sistem Suria kita berinteraksi dengan aliran zarah-zarah bertenaga yang berasal dari Matahari kita. Selalunya disebut sebagai "angin suria", zarah-zarah ini terdiri terutamanya dari elektron, proton dan zarah alfa yang terus menerus menuju ke ruang angkasa. Di mana aliran ini bersentuhan dengan magnetosfer atau atmosfer planet, ia membentuk wilayah di sekitar mereka yang dikenal sebagai "kejutan busur".
Kawasan-kawasan ini terbentuk di depan planet ini, memperlambat dan mengalihkan angin matahari ketika bergerak melewati - seperti bagaimana air dialihkan di sekitar kapal. Dalam kes Mars, ionosfera planet inilah yang menyediakan persekitaran konduktif yang diperlukan untuk membentuk kejutan busur. Dan menurut kajian baru oleh pasukan saintis Eropah, kejutan busur Mars berubah akibat perubahan atmosfer planet.
Kajian yang berjudul “Variasi Tahunan di Lokasi Kejutan Bow Martian seperti yang diperhatikan oleh Misi Mars Express”, muncul di Jurnal Huruf Geofizik: Fizik Angkasa. Menggunakan data dari Mars Express orbiter, pasukan sains berusaha untuk menyiasat bagaimana dan mengapa lokasi kejutan busur berbeza sepanjang beberapa tahun Martian, dan faktor-faktor apa yang bertanggungjawab.
Selama beberapa dekad, para astronom telah menyedari bahawa kejutan busur terbentuk di hulu planet, di mana interaksi antara angin suria dan planet menyebabkan zarah-zarah bertenaga menjadi perlahan dan secara beransur-ansur dialihkan. Di mana angin suria memenuhi magnetosfera atau atmosfer planet, garis batas tajam terbentuk, yang meluas di seluruh planet dalam busur yang melebar.
Di sinilah istilah kejutan busur berasal, kerana bentuknya yang tersendiri. Dalam kes Mars, yang tidak mempunyai medan magnet global dan atmosfer yang agak tipis untuk boot (kurang dari 1% tekanan atmosfera Bumi di permukaan laut), ia adalah kawasan yang diisi elektrik dari atmosfer atas (ionosfera) yang bertanggungjawab untuk membuat kejutan busur di seluruh planet ini.
Pada masa yang sama, ukuran, jisim dan graviti Mars yang relatif kecil memungkinkan pembentukan atmosfer yang memanjang (iaitu eksosfera). Di bahagian atmosfer Marikh ini, atom dan molekul gas melarikan diri ke angkasa dan berinteraksi secara langsung dengan angin suria. Selama bertahun-tahun, suasana yang meluas ini dan kejutan haluan Mars telah diperhatikan oleh banyak misi pengorbit, yang telah mengesan variasi dalam batas terakhir.
Ini dipercayai disebabkan oleh pelbagai faktor, tidak kurang jaraknya. Oleh kerana Mars mempunyai orbit yang agak eksentrik (0,0934 berbanding dengan Bumi 0,0167), jaraknya dari Matahari sedikit berbeza - dari 206,7 juta km (128,437 juta mi; 1,3814 AU) di perihelion hingga 249,2 juta km (154,8457 juta mil; 1,666 AU) di aphelion.
Apabila planet ini semakin dekat, tekanan dinamik angin suria terhadap atmosferanya meningkat. Walau bagaimanapun, perubahan jarak ini juga bertepatan dengan peningkatan jumlah sinaran matahari ultraviolet ekstrem (EUV) yang masuk. Akibatnya, kadar ion dan elektron (alias plasma) yang dihasilkan di atmosfera atas meningkat, menyebabkan peningkatan tekanan terma yang melawan angin suria yang masuk.
Ion yang baru dibuat dalam atmosfer yang luas juga diambil dan dipercepat oleh medan elektromagnetik yang dibawa oleh angin suria. Ini mempunyai kesan melambatkannya dan menyebabkan bowshock Mars berubah kedudukannya. Semua ini telah diketahui berlaku sepanjang satu tahun Martian - yang bersamaan dengan 686.971 hari Bumi atau 668.5991 hari Martian (sol).
Namun, bagaimana tingkah lakunya dalam jangka waktu yang lebih lama adalah persoalan yang sebelumnya tidak dijawab. Oleh itu, pasukan saintis Eropah meneliti data yang diperoleh oleh Mars Express misi dalam jangka masa lima tahun. Data ini diambil oleh Penganalisis Space Plasma dan EneRgetic Atoms (ASPERA-3) Electron Spectrometer (ELS), yang digunakan oleh tim untuk memeriksa sejumlah 11,861 penyeberangan kejutan busur.
Apa yang mereka dapati adalah, rata-rata, kejutan busur lebih dekat ke Mars ketika dekat aphelion (8102 km), dan lebih jauh di perihelion (8984 km). Ini menghasilkan variasi sekitar 11% selama tahun Martian, yang cukup konsisten dengan eksentrisitasnya. Walau bagaimanapun, pasukan ingin melihat mana (jika ada) dari mekanisme yang telah dikaji sebelumnya yang bertanggungjawab untuk perubahan ini.
Menjelang akhir ini, pasukan menganggap variasi dalam kepadatan angin suria, kekuatan medan magnet antara planet, dan penyinaran matahari sebagai penyebab utama - semuanya merosot ketika planet semakin jauh dari Matahari. Namun, apa yang mereka dapati adalah bahawa lokasi kejutan busur kelihatan lebih sensitif terhadap variasi output sinaran UV ekstrem Matahari daripada variasi angin suria itu sendiri.
Variasi jarak kejutan busur juga berkaitan dengan jumlah debu di atmosfer Martian. Ini meningkat ketika Mars menghampiri perihelion, menyebabkan atmosfer menyerap lebih banyak sinaran matahari dan memanas. Sama seperti bagaimana peningkatan tahap EUV menyebabkan peningkatan jumlah plasma dalam ionosfera dan eksosfera, peningkatan jumlah debu tampaknya bertindak sebagai penyangga terhadap angin suria.
Sebagai Benjamin Hall, seorang penyelidik di Lancaster University di UK dan pengarang utama makalah itu, mengatakan dalam siaran akhbar ESA:
"Badai debu sebelumnya telah terbukti berinteraksi dengan atmosfera atas dan ionosfera Mars, jadi mungkin ada gandingan tidak langsung antara ribut debu dan lokasi kejutan busur ... Namun, kami tidak membuat kesimpulan lebih lanjut mengenai bagaimana ribut debu dapat secara langsung mempengaruhi lokasi kejutan busur Martian dan meninggalkan penyelidikan seperti itu untuk kajian masa depan. "
Pada akhirnya, Hall dan pasukannya tidak dapat memilih satu faktor ketika menangani mengapa kejutan haluan Mars berubah dalam jangka masa yang lebih lama. "Nampaknya tidak ada satu mekanisme yang dapat menjelaskan pengamatan kita, melainkan kesan gabungan dari semua itu," katanya. "Pada titik ini tidak satupun dari mereka dapat dikecualikan."
Ke depan, Hall dan rakan-rakannya berharap misi masa depan dapat membantu memberi penerangan tambahan mengenai mekanisme di sebalik Mars yang menggeser bowshock. Seperti yang ditunjukkan Hall, ini mungkin akan melibatkan siasatan bersama oleh ESA Mars Express dan Jejak Gas Orbiter, dan NASA UTAMA misi. Data awal dari MAVEN nampaknya mengesahkan trend yang kami temui. "
Walaupun ini bukan analisis pertama yang berusaha memahami bagaimana atmosfer Mars berinteraksi dengan angin suria, analisis khusus ini berdasarkan data yang diperoleh dalam jangka masa yang lebih lama daripada kajian sebelumnya. Pada akhirnya, banyak misi yang sedang mengkaji Marikh mendedahkan banyak mengenai dinamika atmosfera planet ini. Planet yang, tidak seperti Bumi, mempunyai medan magnet yang sangat lemah.
Apa yang kita pelajari dalam proses ini akan memastikan bahawa misi penerokaan masa depan ke Marikh dan planet lain yang mempunyai medan magnet yang lemah (seperti Venus dan Mercury) selamat dan berkesan. Bahkan mungkin dapat membantu kita dengan mewujudkan asas kekal di dunia ini suatu hari nanti!
