أول الصور العالمية للشفق القطبي العذراء في المريخ بالأشعة فوق البنفسجية بواسطة أداة EMUS لبعثة الإمارات للمريخ
الشفق القطبي العذراء في المريخ: الفهم الحالي
تم اكتشاف ثلاثة أنواع رئيسية من الشفق القطبي في الغلاف الجوي العلوي للمريخ: الشفق القطبي المنتشر [1]، الشفق القطبي البروتوني [2]، والشفق القطبي العذراء [3]. ينتج هذان النوعان الأولان عن ترسيب الجسيمات المشحونة ذات الطاقة العالية خلال اضطرابات الرياح الشمسية الشديدة أو عن تثبيت بروتونات الرياح الشمسية مباشرة. ويتميز الشفق القطبي العذراء بظهور بقع محددة من انبعاث الأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن ذرات وجزيئات تُثار إلكترونيًا نتيجة ترسيب الإلكترونات المسرَّعة في الغلاف الجوي العلوي للمريخ [4, 5]. وقد رُصد أساسًا من مراقبات الحافة باستخدام مافن ومارس إكسبريس، ويكثر في المناطق ذات الحقول القشرية القوية والمفتوحة طبوغرافياً. أما الشفق الذي يغطي أقسامًا واسعة من نصف الكرة فقد رُصد نادرًا بواسطة مافن، وكان ذلك مقتصرًا على نطاق الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة (\gt 200\,\mathrm{nm}) [6].
مجموعة البيانات
في هذا التقرير نقدم أولى المراقبات القرصية الكاملة للشفق القطبي العذراء في المريخ عند الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية البعيدة (\lt 200\,\mathrm{nm}). أُجريت هذه المراقبات باستخدام المطياف فوق البنفسجي للإمارات للمريخ (EMUS) على متن بعثة الإمارات للمريخ (EMM)، وهي مثالية لدراسة الشفق القطبي لعدة أسباب: أ) ارتفاع نقطة الرصد ودورية نمط المراقبة في EMM، ب) الحساسية العالية لأداة EMUS. وتعتمد المراقبات الشفقية على نمط U-OS2 المصمم لدراسة الغلاف الداخلي للمريخ، مع تغطية واسعة للجانب الليلي [7]، كما هو موضح في الشكل 1.
من 1 أبريل حتى 31 ديسمبر 2021، توفر 194 شريطًا بياناتيًّا تغطيةً كافية لدراسة الشفق القطبي العذراء في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة، حيث يُعرف بأنه أكثر من 30% من بكسلات القرص لها زاوية سمت الشمس أكبر من 110^\circ.
الطيف
يظهر الإشعاع أقوى عند خط الأكسجين 130.4\,\mathrm{nm} (من الحالة ^3S إلى الحالة الأرضية ^3P)، على الرغم من ملاحظته أيضًا في خطوط الأكسجين عند 98.9\,\mathrm{nm} و102.7\,\mathrm{nm} و135.6\,\mathrm{nm}. كما برزت دلائل لإشعاعات ضمن حزمة المجموعة الرابعة لغاز CO، كما يتضح في الطيف النموذجي في الشكل 2.
النتائج
يمكن تحليل الأشرطة المتطابقة إما بشكل فردي أو بتركيبها ثم حساب متوسطها لإنتاج صورة قرصية واحدة، كما هو مبين في الشكل 3. ويظهر الشفق القطبي العذراء نمطًا يتوافق عمومًا مع التوقعات؛ فهو يظهر أكثر في مناطق الحقول القشرية القوية والمفتوحة طبوغرافياً (الشكل 3، اليسار). والاستثناء الملحوظ هو أن أشد هذه الظواهر سطوعًا حدث بعيدًا عن الحقول القشرية أثناء تأثير كتلة إكليلية شمسية في 21 يوليو 2021، إذ برز الشفق القطبي العذراء في مناطق ذات حقول قشرية ضعيفة (الشكل 3، اليمين). ويمكن كشف الشفق القطبي العذراء (بقوة تزيد عن 2\,\mathrm{R} في بقع متصلة واضحة) في نحو 55% من المراقبات؛ وهو أكثر شيوعًا في فترة الغروب مقارنةً بالفجر، ويُظهر تقلبات كبيرة على مقاييس زمنية تقارب 20 دقيقة، مما يعكس التغيرات الطبيعية في ديناميات الإلكترونات وتضاريس الحقول المغناطيسية بالقرب من المريخ.
نظرة مستقبلية
تتيح هذه الصور القرصية الشاملة، جنبًا إلى جنب مع القياسات المتزامنة للإلكترونات فوق الحرارية والخصائص الهندسية والطبوغرافية للحقول المغناطيسية من مافن ومارس إكسبريس، فرصة واعدة لفهم العمليات البلازمية المعقدة التي تُسهم في ظهور الشفق القطبي الغامض على المريخ.
المراجع
- [1] Schneider, N. M., et al. 2015, Science, 350
- [2] Deighan, J., et al. 2018, Nat Astron, 2, 802
- [3] Bertaux, J. L., et al. 2005, Nature, 435, 790
- [4] Brain, D. A., et al. 2006, Geophysical Research Letters, 33
- [5] Xu, S., et al. 2020, Geophysical Research Letters, 47, e87414
- [6] Schneider, N. M., et al. 2018, Geophysical Research Letters, 45, 7391
- [7] Holsclaw, G. et al. 2021, Space Science Reviews, 217, 79
