Mỗi hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta tương tác với dòng các hạt năng lượng đến từ Mặt trời của chúng ta. Thường được gọi là gió mặt trời Hồi giáo, các hạt này bao gồm chủ yếu là các electron, proton và các hạt alpha liên tục tiến về không gian giữa các vì sao. Khi luồng này tiếp xúc với một từ trường hoặc khí quyển hành tinh, nó tạo thành một khu vực xung quanh chúng được gọi là một cú sốc cung tên Hồi.
Những vùng này hình thành ở phía trước hành tinh, làm chậm và chuyển hướng gió mặt trời khi nó đi qua - giống như cách nước được chuyển hướng xung quanh một chiếc thuyền. Trong trường hợp của Sao Hỏa, đó là tầng điện ly hành tinh Cung cấp môi trường dẫn điện cần thiết cho một cú sốc cung hình thành. Và theo một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà khoa học châu Âu, cú sốc cung Mars Mars thay đổi do kết quả của sự thay đổi trong bầu khí quyển hành tinh.
Nghiên cứu, có tiêu đề Biến thể hàng năm của người Hồi giáo ở vị trí sốc cung sao Hỏa khi được theo dõi bởi Nhiệm vụ Mars Express Mission, xuất hiện trong Tạp chí Địa vật lý: Vật lý không gian. Sử dụng dữ liệu từ Sao Hỏa quỹ đạo, nhóm khoa học đã tìm cách điều tra làm thế nào và tại sao vị trí cú sốc cung khác nhau trong quá trình vài năm sao Hỏa và những yếu tố nào chịu trách nhiệm chính.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã nhận thức được rằng các cú sốc cung hình thành ở thượng nguồn của một hành tinh, nơi tương tác giữa gió mặt trời và hành tinh này làm cho các hạt năng lượng chậm lại và dần dần bị chuyển hướng. Khi gió mặt trời gặp từ trường trên hành tinh hay khí quyển, một đường biên giới sắc nét được hình thành, chúng kéo dài quanh hành tinh theo một vòng cung mở rộng.
Đây là nơi mà thuật ngữ cú sốc xuất phát, do hình dạng đặc biệt của nó. Trong trường hợp Sao Hỏa, nơi không có từ trường toàn cầu và bầu khí quyển khá mỏng để khởi động (dưới 1% áp suất khí quyển của Trái đất ở mực nước biển), đó là vùng tích điện của tầng khí quyển phía trên (tầng điện ly) đó là trách nhiệm tạo ra cú sốc cung trên khắp hành tinh.
Đồng thời, sao Hỏa có kích thước, khối lượng và trọng lực tương đối nhỏ cho phép hình thành bầu khí quyển mở rộng (tức là một không gian ngoài vũ trụ). Trong phần khí quyển Mars Mars này, các nguyên tử và phân tử khí thoát ra ngoài không gian và tương tác trực tiếp với gió mặt trời. Trong những năm qua, bầu không khí mở rộng này và cú sốc cung Mars Mars đã được quan sát bởi nhiều nhiệm vụ quỹ đạo, đã phát hiện ra các biến thể trong ranh giới sau này.
Điều này được cho là gây ra bởi nhiều yếu tố, không phải ít nhất là khoảng cách. Do Sao Hỏa có quỹ đạo tương đối lệch tâm (0,0934 so với 0,0167 của Trái đất), nên khoảng cách của nó so với Mặt trời thay đổi khá nhiều - từ 206,7 triệu km (128,437 triệu mi; 1,3814 AU) ở mức perihelion đến 249,2 triệu km AU) tại aphelion.
Khi hành tinh gần hơn, áp lực động của gió mặt trời chống lại bầu khí quyển của nó tăng lên. Tuy nhiên, sự thay đổi về khoảng cách này cũng trùng khớp với sự gia tăng lượng bức xạ mặt trời cực tím tới (EUV). Kết quả là, tốc độ mà các ion và electron (hay còn gọi là plasma) được tạo ra trong bầu khí quyển phía trên tăng lên, gây ra áp suất nhiệt tăng lên, chống lại gió mặt trời tới.
Các ion mới được tạo ra trong bầu khí quyển mở rộng cũng được thu gom và tăng tốc bởi các trường điện từ được mang theo bởi gió mặt trời. Điều này có tác dụng làm chậm nó và khiến bầy đàn Mars Mars thay đổi vị trí. Tất cả những điều này đã được biết là xảy ra trong suốt một năm sao Hỏa - tương đương với 686.971 ngày Trái đất hoặc 668.5991 ngày sao Hỏa (sols).
Tuy nhiên, làm thế nào nó hoạt động trong thời gian dài hơn là một câu hỏi mà trước đây chưa được trả lời. Do đó, nhóm các nhà khoa học châu Âu đã tham khảo dữ liệu thu được từ Sao Hỏa nhiệm vụ trong khoảng thời gian năm năm. Dữ liệu này được phân tích bởi Máy phân tích điện tử không gian và nguyên tử EneRgetic (ASPERA-3) (ELS), nhóm nghiên cứu đã sử dụng để kiểm tra tổng cộng 11.861 cú sốc cung.
Những gì họ tìm thấy là, trung bình, cú sốc cung gần với sao Hỏa hơn khi nó ở gần aphelion (8102 km), và xa hơn nữa ở perihelion (8984 km). Điều này diễn ra với sự thay đổi khoảng 11% trong năm sao Hỏa, khá phù hợp với độ lệch tâm của nó. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu muốn xem (nếu có) các cơ chế được nghiên cứu trước đây chịu trách nhiệm chính cho sự thay đổi này.
Để đạt được mục đích này, nhóm nghiên cứu đã xem xét sự thay đổi mật độ gió mặt trời, sức mạnh của từ trường liên hành tinh và bức xạ mặt trời là nguyên nhân chính - tất cả đều suy giảm khi hành tinh này cách xa Mặt trời hơn. Tuy nhiên, những gì họ tìm thấy là vị trí cú sốc cung có vẻ nhạy cảm hơn với các biến thể trong sản lượng bức xạ cực tím của Mặt trời thay vì biến đổi trong gió mặt trời.
Các biến thể trong khoảng cách sốc cung cũng xuất hiện liên quan đến lượng bụi trong bầu khí quyển sao Hỏa. Điều này tăng lên khi sao Hỏa tiến gần đến sự tàn phá, khiến bầu khí quyển hấp thụ nhiều bức xạ mặt trời hơn và nóng lên. Giống như mức độ tăng của EUV dẫn đến sự gia tăng lượng plasma trong tầng điện ly và ngoài vũ trụ, lượng bụi tăng lên dường như hoạt động như một lớp đệm chống lại gió mặt trời.
Như Benjamin Hall, một nhà nghiên cứu tại Đại học Lancaster ở Anh và là tác giả chính của bài báo, cho biết trong một thông cáo báo chí ESA:
Các cơn bão bụi trước đây đã được chứng minh là tương tác với tầng khí quyển và tầng điện ly trên sao Hỏa, do đó, có thể có sự liên kết gián tiếp giữa các cơn bão bụi và vị trí sốc cung, tuy nhiên, chúng tôi không đưa ra bất kỳ kết luận nào thêm về cách các cơn bão bụi có thể trực tiếp tác động đến vị trí của cú sốc cung sao Hỏa và để lại một cuộc điều tra như vậy cho một nghiên cứu trong tương lai.
Cuối cùng, Hall và nhóm của anh ta không thể tìm ra bất kỳ một yếu tố nào khi giải quyết lý do tại sao cú sốc cung Mars Mars thay đổi trong thời gian dài hơn. Có vẻ như không có cơ chế nào có thể giải thích những quan sát của chúng tôi, mà là hiệu ứng kết hợp của tất cả chúng, ông nói. Tại thời điểm này, không ai trong số họ có thể bị loại trừ.
Nhìn về phía trước, Hall và các đồng nghiệp hy vọng rằng các nhiệm vụ trong tương lai sẽ giúp làm sáng tỏ thêm các cơ chế đằng sau bowshock sao Hỏa. Như Hall đã chỉ ra, điều này có thể sẽ liên quan đến các cuộc điều tra chung của ED1 của ESA Sao Hỏa và dấu vết Khí ga Tàu quỹ đạo và NASA MÙA sứ mệnh. Dữ liệu ban đầu từ MAVEN dường như xác nhận các xu hướng mà chúng tôi đã khám phá.
Mặc dù đây không phải là phân tích đầu tiên tìm cách hiểu bầu khí quyển Sao Hỏa tương tác với gió mặt trời, nhưng phân tích cụ thể này dựa trên dữ liệu thu được trong một khoảng thời gian dài hơn nhiều so với bất kỳ nghiên cứu nào trước đây. Cuối cùng, nhiều nhiệm vụ hiện đang nghiên cứu Sao Hỏa đang tiết lộ nhiều về động lực học khí quyển của hành tinh này. Một hành tinh, không giống như Trái đất, có từ trường rất yếu.
Những gì chúng ta học được trong quá trình sẽ đi một chặng đường dài để đảm bảo rằng các sứ mệnh thám hiểm trong tương lai tới Sao Hỏa và các hành tinh khác có từ trường yếu (như Sao Kim và Sao Thủy) là an toàn và hiệu quả. Nó thậm chí có thể giúp chúng ta tạo ra các căn cứ vĩnh viễn trên các thế giới này một ngày nào đó!
