Европейские зонды зафиксировали уникальные последствия сильнейшей солнечной бури на Марсе
В мае 2024 года одна из самых интенсивных солнечных бурь за последние двадцать лет обрушилась на внутреннюю часть Солнечной системы. Это событие, известное на Земле как "Солнечная буря Гэннона", вызвало полярные сияния даже в необычно низких широтах, однако удар пришелся и по Марсу. Благодаря тому, что в это время вокруг Красной планеты находились два аппарата Европейского космического агентства (ESA) — Mars Express и ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), — ученые получили уникальную возможность напрямую понаблюдать за тем, как сильно разреженная марсианская атмосфера реагирует на столь мощный энергетический всплеск со стороны Солнца.
Опубликованные в журнале Nature Communications данные показали, что верхние слои атмосферы Марса буквально наполнились электронами. Это произошло из-за того, что потоки частиц и излучение от Солнца столкнулись с атомами газов, выбив из них электроны. Наиболее ярко эффект проявился в ионосфере планеты: в нижнем слое, обозначенном как M1, плотность электронов взлетела на 278 %, а в вышележащем слое M2 этот показатель увеличился на 45 %.
Наблюдаемое событие стало результатом совокупности нескольких солнечных явлений, произошедших практически одновременно: мощной вспышки, выброса корональной массы и последовавшего за ним потока энергичных частиц. Вместе они отправили в сторону Марса колоссальные объемы радиации, плазмы и вмороженных магнитных полей. Для анализа воздействия этой бури на марсианскую атмосферу исследователи применили метод радиозатмения. Суть эксперимента заключалась в том, что Mars Express отправил радиосигнал в сторону ExoMars TGO в тот момент, когда вторая станция скрывалась за горизонтом планеты. Проходя сквозь марсианскую атмосферу, радиоволны незначительно меняли свою траекторию и скорость. Анализируя эти искажения, ученые смогли определить состав атмосферы и концентрацию электронов на разных высотах.
Полученные данные позволили восстановить детальный профиль ионосферы в разгар бури. Выяснилось, что под воздействием принесенной частицами энергии основные слои ионосферы нагрелись и сместились вверх примерно на 6,5 километра. Кроме того, на высоте около 245 километров был зафиксирован дополнительный слой электронов, возникновение которого, вероятно, связано со сложным взаимодействием солнечного ветра с остаточными магнитными полями в коре планеты.
Подобные исследования имеют важнейшее значение для науки и будущих миссий. В отличие от Земли, Марс лишен глобального магнитного поля, способного эффективно отклонять потоки солнечных частиц, поэтому его атмосфера гораздо более уязвима. Наблюдения за бурей 2024 года наглядно продемонстрировали, насколько стремительно может меняться марсианская ионосфера в периоды высокой солнечной активности. Выяснилось, что солнечные вспышки способны вызывать ионизацию в более низких слоях, чем считалось ранее. Это знание критически важно для обеспечения связи с марсоходами и посадочными модулями, так как высокая плотность электронов в верхней атмосфере напрямую влияет на прохождение радиосигналов и может создавать помехи для работы радаров, изучающих поверхность и недра планеты.
Сама буря не прошла бесследно и для аппаратуры зондов: поток энергичных частиц вызвал временные сбои в работе их бортовых компьютеров, хотя техника достаточно быстро восстановила свою работоспособность. Таким образом, мониторинг марсианской атмосферы во время солнечных бурь необходим не только для понимания планетарных процессов, но и для подготовки к будущим пилотируемым экспедициям. Ведь будущим космонавтам предстоит работать в условиях открытого космоса и высокого уровня радиации, и понимание того, как солнечная активность воздействует на окружающую среду, станет залогом их безопасности.