Polarni sij na Marsu nastaja po presenetljivo podobnem fizikalnem mehanizmu kot polarni sij na Zemlji. Podatki Nasine misije MAVEN so razkrili miniaturno različico procesa, ki pospešuje nabite delce in jih usmerja v atmosfero Rdečega planeta.
Ko pomislimo na polarni sij, si običajno predstavljamo zelene, vijolične in rdeče svetlobne zavese nad severnimi ali južnimi območji Zemlje. Podoben pojav obstaja tudi na Marsu, vendar se tam odvija v bistveno drugačnem magnetnem okolju.
Mars namreč nima močnega globalnega magnetnega polja, kakršno obdaja Zemljo. Kljub temu so znanstveniki nad nekaterimi deli planeta že prej zaznali lokalizirane polarne sije. Dolgo pa ni bilo povsem jasno, kako elektroni pridobijo dovolj energije, da ob trkih z delci v Marsovi atmosferi ustvarijo svetlobno sevanje.
Nova raziskava, objavljena v znanstveni reviji Nature Communications, ponuja pomemben del odgovora. Meritve Nasine sonde MAVEN kažejo, da se nad močnimi magnetnimi območji Marsove skorje odvija majhna različica procesa, ki je dobro poznan v Zemljini magnetosferi.
Polarni sij na Marsu poganja miniaturni Dungeyjev cikel
Proces, ki so ga raziskovalci prepoznali nad Marsom, je podoben tako imenovanemu Dungeyjevemu ciklu. Gre za kroženje magnetnega pretoka in plazme, povezano z magnetno rekonekcijo oziroma ponovnim povezovanjem magnetnih silnic.
V bližini Zemlje se magnetne silnice Sonca lahko povežejo z magnetnim poljem našega planeta. Pri tem se sprostita energija in masa, ki se prenašata skozi magnetosfero ter njen podaljšani nočni del, imenovan magnetni rep.
Proces lahko elektrone pospeši in jih usmeri nazaj proti Zemljini atmosferi. Ko energijski elektroni trčijo v atome in molekule plinov, ti oddajo svetlobo. Nastane pojav, ki ga poznamo kot polarni sij oziroma auroro.
Podatki MAVEN kažejo, da se podoben cikel odvija tudi na Marsu, vendar znotraj veliko manjših magnetnih struktur, povezanih z magnetiziranimi kamninami v Marsovi skorji.
Mars nima magnetnega ščita, kot ga ima Zemlja
Zemljino globalno magnetno polje nastaja zaradi gibanja električno prevodne tekočine v zunanjem delu planetarnega jedra. Ustvarja obsežno magnetosfero, ki planet delno varuje pred sončevim vetrom in energijskimi delci.
Mars danes nima primerljivega globalnega magnetnega polja. Namesto njega so po površju planeta razporejena številna manjša območja močno magnetizirane skorje. Vsako od teh območij lahko ustvari nekakšno lokalno oziroma miniaturno magnetosfero.
Magnetizirane kamnine so ostanek zelo zgodnjega obdobja Marsove zgodovine. Nastale naj bi pred približno štirimi milijardami let, ko se je lava ohlajala v prisotnosti takratnega globalnega magnetnega polja planeta.
Mars je globalni magnetni ščit pozneje izgubil. Sončev veter je zato skozi zelo dolga obdobja lažje vplival na zgornjo atmosfero in prispeval k njenemu postopnemu izgubljanju v vesolje.
Majhni magnetni otoki nad površjem Marsa
Magnetna območja v Marsovi skorji so neenakomerno razporejena. Zaradi tega so tudi polarni siji na Marsu lahko zelo lokalizirani in povezani z določenimi deli planeta.
Nad močnejšimi območji skorjinega magnetnega polja se lahko oblikujejo zaprte magnetne strukture. Te pridejo v stik z magnetnim poljem, ki ga proti Marsu prinaša sončev veter.
Ko pride do ustrezne razporeditve magnetnih silnic, se lahko sproži magnetna rekonekcija. Magnetni pretok in plazma začneta krožiti, električni tokovi pa pomagajo pospeševati elektrone proti Marsovi atmosferi.
Prav ti energijski elektroni so manjkajoči člen pri razlagi nekaterih lokaliziranih Marsovih polarnih sijev.
Proces na Zemlji je veliko večji in močnejši
Osnovna fizika je na obeh planetih podobna, vendar se procesa močno razlikujeta po velikosti. Zemljino globalno magnetno polje je približno stokrat močnejše od obravnavanih skorjinih magnetnih območij na Marsu.
Dungeyjev cikel se na Zemlji odvija tudi na prostorskih skalah, ki so približno dvajsetkrat večje od Marsove miniaturne različice.
Odkritje zato kaže, da isti temeljni fizikalni mehanizem ni omejen samo na planete z velikimi in močnimi magnetosferami. Magnetna rekonekcija, električni tokovi ter kroženje plazme se lahko pojavijo tudi v precej manjših magnetnih sistemih.
Kako je sonda MAVEN zaznala pojav?
Raziskovalci so uporabili podatke več znanstvenih instrumentov na krovu sonde MAVEN, kar je kratica za Mars Atmosphere and Volatile Evolution.
Magnetometer je meril smer in moč magnetnega polja, instrument Solar Wind Electron Analyzer oziroma SWEA pa je spremljal elektrone v sončevem vetru ter Marsovem vesoljskem okolju.
Pomembno vlogo je imel tudi instrument STATIC, katerega polno ime je Suprathermal and Thermal Ion Composition. Instrument je meril gibanje in sestavo ionov v Marsovi ionosferi.
Z združevanjem meritev magnetnega polja, električnih tokov, elektronov in pretokov plazme so raziskovalci lahko sestavili sliko majhnega Dungeyjevega cikla nad Marsovo skorjo.
Podrobno so analizirali primer, ki ga je MAVEN opazoval 25. februarja 2017. Meritve so pokazale zaporedje pojavov, ki ga je mogoče pojasniti s kroženjem magnetnega pretoka in plazme, podobnim dogajanju v Zemljini magnetosferi.
Zakaj polarni sij na Marsu ni povsem enak zemeljskemu?
Izraz polarni sij na Marsu je razumljiv in pogosto uporabljen, vendar so nekateri Marsovi siji drugačni od najbolj znanih zemeljskih auror.
Na Zemlji so najslavnejši polarni siji zgoščeni predvsem okoli magnetnih polov. Na Marsu pa se lokalizirane oziroma diskretne aurore pojavljajo nad magnetiziranimi deli skorje, ki niso nujno omejeni na polarne predele.
Razlikujeta se tudi atmosferi obeh planetov. Marsova atmosfera je precej redkejša in je večinoma sestavljena iz ogljikovega dioksida. Zato bi bil videz Marsovega sija za človeško oko lahko drugačen od značilnih zelenih zaves, ki jih opazujemo na Zemlji.
Številne Marsove aurore je najlažje zaznati v ultravijoličnem delu elektromagnetnega spektra, ki ga človeško oko ne vidi.
Odkritje pomaga pojasniti razvoj Marsove atmosfere
Raziskovanje polarnega sija ni pomembno samo zaradi svetlobnega pojava. Aurora je vidna posledica precej širšega dogajanja med sončevim vetrom, magnetnimi polji in atmosfero planeta.
Razumevanje teh procesov lahko znanstvenikom pomaga pojasniti, kako se energija iz Sončevega okolja prenaša v Marsovo ionosfero in zgornjo atmosfero.
Takšne interakcije so povezane tudi z vprašanjem, kako je Mars izgubljal svojo atmosfero. Planet je imel v daljni preteklosti gostejšo atmosfero in na površju tekočo vodo, danes pa je hladen in večinoma suh svet z zelo redkim ozračjem.
Novo odkritje je še en dokaz, da lahko Zemljo in Mars urejajo isti temeljni fizikalni zakoni, čeprav se njuni magnetni polji, atmosferi in planetarna zgodovina močno razlikujejo.
Podatki misije MAVEN razkrivajo nova odkritja tudi po njenem koncu
MAVEN je bila prva vesoljska misija, posebej namenjena raziskovanju Marsove zgornje atmosfere in njenega razvoja. Sonda je bila izstreljena novembra 2013, v Marsovo orbito pa je prispela septembra 2014.
Njena prvotna glavna znanstvena misija naj bi trajala eno leto, vendar je plovilo okoli Marsa delovalo več kot enajst let. MAVEN je poleg znanstvenih meritev pomagala tudi pri prenosu podatkov z roverjev in pristajalnih naprav na površju.
Stik s sondo je bil nepričakovano izgubljen 6. decembra 2025. NASA je po večmesečnih poskusih in analizah 3. junija 2026 sporočila, da plovila ni več mogoče obnoviti, ter uradno razglasila konec misije.
Kljub temu znanstvena vrednost MAVEN ni izčrpana. Velika količina podatkov, zbranih med več kot desetletjem opazovanj, bo raziskovalcem omogočala nova odkritja še dolgo po koncu delovanja sonde.
Kaj odkritje pomeni za prihodnje odprave na Mars?
Boljše razumevanje Marsovega vesoljskega okolja je pomembno za načrtovanje prihodnjih robotskih in morebitnih človeških odprav.
Mars nima močnega globalnega magnetnega ščita, zato so njegova atmosfera, plovila v orbiti in površje bolj neposredno izpostavljeni vplivom Sonca. Sončevi izbruhi in spremembe sončevega vetra lahko vplivajo na sevanje, električno nabite delce, komunikacijske sisteme in delovanje opreme.
Raziskovanje miniaturnega Dungeyjevega cikla znanstvenikom omogoča natančnejše razumevanje območij, kjer se sončeva energija prenaša v Marsovo atmosfero.
Odkritje pa ima pomen tudi zunaj našega Osončja. Podobni procesi bi se lahko pojavljali na planetih in lunah z zelo različnimi vrstami magnetnih polj, vključno z nekaterimi eksoplaneti.
Pogosta vprašanja
Ali je na Marsu res mogoče videti polarni sij?
Da. Vesoljske sonde so na Marsu zaznale več vrst auror. Številne oddajajo predvsem ultravijolično svetlobo, zato jih človeško oko brez ustreznih instrumentov ne bi moglo neposredno videti.
Kako nastane polarni sij na Marsu?
Nastane, ko energijski elektroni trčijo v delce Marsove atmosfere. Nova raziskava kaže, da lahko elektrone nad nekaterimi magnetiziranimi območji skorje pospešuje miniaturna različica Dungeyjevega cikla.
Zakaj Mars nima globalnega magnetnega polja?
Mars ga je v zgodnji zgodovini verjetno imel, vendar je notranji proces, ki ga je ustvarjal, prenehal delovati. Danes so ostala predvsem lokalna magnetna območja v starodavnih kamninah Marsove skorje.
Kaj je misija MAVEN?
MAVEN je bila Nasina orbitalna misija za raziskovanje Marsove zgornje atmosfere, ionosfere ter vpliva Sonca in sončevega vetra na izgubljanje atmosferskih plinov.
Ali sonda MAVEN še vedno deluje?
Ne. Stik s sondo je bil izgubljen decembra 2025, NASA pa je junija 2026 uradno razglasila konec misije. Znanstveniki še naprej analizirajo podatke, ki jih je plovilo zbralo med delovanjem.
