أول صور عالمية للشفق القطبي العذراء في المريخ بالأشعة فوق البنفسجية من بعثة الإمارات للمريخ أداة EMUS

R. J. Lillis1, J. Deighan2, S. Jain2, G. Holsclaw2, M. Chaffin2, M. Fillingim1, K. Chirakkil2, 3, S. England4, D. A. Brain2, H. Al Matroushi5, F. Lootah5, H. Al-Mazmi5, N. Schneider2, J. S. Halekas6, S. Ruhunusiri6, J. Espley7

1مختبر علوم الفضاء، جامعة كاليفورنيا بيركلي (rlillis@berkeley.edu)، 2مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء، جامعة كولورادو بولدر، 3جامعة خليفة، الإمارات العربية المتحدة، 4معهد فيرجينيا للتكنولوجيا، 5مركز محمد بن راشد للفضاء، دبي، الإمارات العربية المتحدة، 6قسم الفيزياء والفلك، جامعة أيوا، 7مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

الشفق القطبي العذراء في المريخ: الفهم الحالي

تم اكتشاف ثلاثة أنواع رئيسية من الشفق القطبي تحدث في الغلاف الجوي العلوي للمريخ: الشفق القطبي المنتشر [1]، الشفق القطبي البروتوني [2]، والشفق القطبي العذراء [3]. ينتج النوعان الأولان عن ترسيب الجسيمات المشحونة النشطة خلال اضطرابات الرياح الشمسية الشديدة وترسيب بروتونات الرياح الشمسية مباشرة. يتميز الشفق القطبي العذراء بمناطق محددة من الإشعاع فوق البنفسجي من الذرات والجزيئات التي تثار إلكترونياً بترسيب الإلكترونات المسرعة إلى الغلاف الجوي العلوي للمريخ [4, 5]. تمت مشاهدته أساساً من مراقبات الحافة باستخدام مافن ومارس إكسبريس، ويكون أكثر شيوعاً في مناطق الحقول القشرية القوية والمفتوحة طوبوغرافياً. تمت مراقبة الشفق القطبي الذي يغطي أجزاء كبيرة من نصف الكرة باستخدام مافن نادراً وفقط في الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة (> 200 nm) [6].

مجموعة البيانات

في هذا التقرير، نقدم أولى المراقبات الشاملة (أو "القرصية") للشفق القطبي العذراء في المريخ في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة (<200 nm). تمت هذه المراقبات باستخدام المطياف فوق البنفسجي للإمارات للمريخ (EMUS) على متن بعثة الإمارات للمريخ (EMM)، وهي مناسبة جداً لدراسة الشفق القطبي بسبب: أ) نقطة الرصد العالية لـ EMM ونمط المراقبة المنتظم، وب) الحساسية العالية لأداة EMUS. المراقبات الشفقية المحددة هي من نمط المراقبة U-OS2 المصممة لدراسة الهالة الداخلية للمريخ وتشمل تغطية كبيرة للجانب الليلي [7]، كما هو موضح في الشكل 1.

من 1 أبريل حتى 31 ديسمبر 2021، توفر 194 شريطاً تغطية كافية لدراسة الشفق القطبي العذراء في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة (يُعرّف بأن أكثر من 30% من بكسلات القرص لها زاوية سمت الشمس أكبر من 110°).

الطيف

الإشعاع أقوى عند خط الأكسجين 130.4 nm (انتقال 3S إلى الحالة الأرضية 3P)، على الرغم من أنه يُرصد أيضاً في معالم الأكسجين عند 98.9 nm، 102.7 nm، و135.6 nm، كما كان هناك احتمال للإشعاع في حزمة المجموعة الرابعة لغاز CO، كما هو موضح في الطيف النموذجي في الشكل 2.

النتائج

يمكن النظر في الأشرطة المتطابقة بشكل فردي أو تركيبها وأخذ متوسطها لصنع صورة شاملة واحدة، كما هو موضح في الشكل 3. يظهر الشفق القطبي العذراء نمطاً يوافق التوقعات بشكل عام (أي يحدث أكثر في مناطق الحقول القشرية القوية والمفتوحة، كما في الشكل 3، يساراً). استثناء ملحوظ هو أن أشد الشفق القطبي سطوعاً حدث بعيداً عن الحقول القشرية خلال تأثير كتلة إكليلية شمسية في 21 يوليو 2021، حيث يظهر الشفق القطبي العذراء في مناطق الحقول القشرية الضعيفة (الشكل 3، يميناً). يمكن اكتشاف الشفق القطبي العذراء (أكثر من 2 R في بقع متواصلة واضحة) في حوالي 55% من المراقبات، وهو أكثر شيوعاً في ربع الغروب مقارنة بالفجر، ويظهر تقلبات كبيرة على مقاييس زمنية تقارب 20 دقيقة، مما يعكس التقلبات الطبيعية في ديناميات الإلكترونات وطوبوغرافية الحقول المغناطيسية في بيئة الفضاء القريب من المريخ.

نظرة مستقبلية

هذه الصور الشاملة، مقترنة بقياسات متزامنة للإلكترونات فوق الحرارية والهندسة والطوبوغرافيا المغناطيسية من مافن ومارس إكسبريس، تعد بتوضيح العمليات البلازمية المعقدة التي تدفع الشفق القطبي الغامض للمريخ.

المراجع

Examples of discrete Martian FUV aurora at 130.4 nm
الشكل 3: أمثلة للشفق القطبي العذراء في المريخ عند 130.4 nm (الإشعاع بوحدة رايلي، مقياس لوغاريتمي). تظهر المحددات حقول المغناطيسية القشرية للمريخ (نموذج من Langlais et al. [2019]) عند ارتفاع 400 كم، حيث تشير الألوان الوردية والفيروزية إلى +10 nT و-10 nT على التوالي. الصورة اليسرى هي مثال للشفق القطبي الذي يحدث في مناطق الحقول المغناطيسية القشرية القوية والعمودية في تيرا سيرينوم، بينما حدثت الصورة اليمنى (الأكثر سطوعاً حتى الآن) خلال مرور كتلة إكليلية شمسية بين الكواكب (ICME).