أَوَّلُ صُوَرٍ عَالَمِيَّةٍ لِلشَّفَقِ القُطْبِيِّ العَذْرَاءِ فِي المِرِّيخِ بِالأَشِعَّةِ فَوْقَ البَنَفْسَجِيَّةِ مِنْ بَعْثَةِ الإِمَارَاتِ لِلْمِرِّيخِ أَدَاةُ EMUS

R. J. Lillis¹, J. Deighan², S. Jain², G. Holsclaw², M. Chaffin², M. Fillingim¹, K. Chirakkil^{2, 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 بجامعة 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 بجامعة أيوا، ⁷مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

الشفق القُطبيّ العَذْراء في المريخ: الفهم الحالي

تَمَّ اكْتِشَافُ ثَلَاثَةِ أَنْوَاعٍ رَئِيسِيَّةٍ مِنَ الشَّفَقِ القُطْبِيِّ تَحْدُثُ فِي الغِلافِ الجَوِّيِّ العُلْوِيِّ لِلْمِرِّيخِ: الشَّفَقُ القُطْبِيُّ المُنْتَشِرُ [1]، الشَّفَقُ القُطْبِيُّ بِالبُرُوتُونِ [2]، والشَّفَقُ القُطْبِيُّ العَذْراء [3]. يُنْتِجُ النَّوْعَانِ الأَوَّلَانِ بِتَرَسُّبِ الجُسَيْمَاتِ المُشَحُّنَةِ النَّشِطَةِ خِلَالَ اضْطِرَابَاتِ الرِّيَاحِ الشَّمْسِيَّةِ الشَّدِيدَةِ وَتَرَسُّبِ بُرُوتُونَاتِ الرِّيَاحِ الشَّمْسِيَّةِ مُبَاشَرَةً. يُمَيِّزُ الشَّفَقَ القُطْبِيَّ العَذْراءَ مَنَاطِقُ مُحَدَّدَةٌ مِنَ الإِشْعَاعِ فَوْقَ البَنَفْسَجِيِّ مِنَ الذَّرَّاتِ وَالجُزَيْئَاتِ الَّتِي تَتَحَمَّسُ إِلِكْتْرُونِيًّا بِتَرَسُّبِ الإِلِكْتْرُونَاتِ المُسْتَسْرَعَةِ إِلَى الغِلافِ الجَوِّيِّ العُلْوِيِّ لِلْمِرِّيخِ [4, 5]. تَمَّ مُشَاهَدَتُهُ أَسَاسًا مِنْ مُرَاقَبَاتِ الحَافَّةِ بِاِسْتِخْدَامِ مَافِن وَمَارْس إِكْسْبْرِس، وَيَكُونُ أَكْثَرَ شُيُوعًا فِي مَنَاطِقِ الحُقُولِ القِشْرِيَّةِ القَوِيَّةِ وَالمَفْتُوحَةِ طُوبُوغْرَافِيًّا. تَمَّتْ مُرَاقَبَةُ الشَّفَقِ القُطْبِيِّ الَّتِي تُغَطِّي أَجْزَاءً كَبِيرَةً مِنْ نِصْفِ الكُرَةِ بِاِسْتِخْدَامِ مَافِن نَادِرًا وَفَقَطْ فِي الأَشِعَّةِ فَوْقَ البَنَفْسَجِيَّةِ المُتَوَسِّطَةِ (> 200 nm) [6].

مجموعة البيانات

فِي هَذَا التَّقْرِيرِ، نُقَدِّمُ أَوَّلَ مُرَاقَبَاتٍ شَامِلَةٍ (أَو "قُرْصِيَّةٍ") لِلشَّفَقِ القُطْبِيِّ العَذْراءَ لِلمَرِّيخِ فِي الأَشِعَّةِ فَوْقَ البَنَفْسَجِيَّةِ البَعِيدَةِ (<200 nm). تَمَّتْ هَذِهِ المُرَاقَبَاتُ بِاِسْتِخْدَامِ المُطَيَّفِ فَوْقَ البَنَفْسَجِيِّ لِلإِمَارَاتِ لِلْمِرِّيخِ (EMUS) عَلَى مَتْنِ بَعْثَةِ الإِمَارَاتِ لِلْمِرِّيخِ (EMM)، وَهِيَ مُنَاسِبَةٌ جِدًّا لِدِرَاسَةِ الشَّفَقِ القُطْبِيِّ بِسَبَبِ: أ) نُقْطَةِ المَرْصَدِ العَالِيَةِ لِلـEMM وَنَمَطِ المُرَاقَبَةِ المُنْتَظِمِ، وَب) الحَسَّاسِيَّةِ العَالِيَةِ لأَدَاةِ EMUS. المُرَاقَبَاتُ الشَّفَقِيَّةُ المُحَدَّدَةُ هِيَ مِنْ نَمَطِ المُرَاقَبَةِ U-OS2 المُصَمَّمَةِ لِدِرَاسَةِ الهَالَةِ الدَّاخِلِيَّةِ لِلْمَرِّيخِ وَتَشْمَلُ تَغْطِيَةً كَبِيرَةً لِلْجَانِبِ اللَّيْلِيِّ [7]، كَمَا هُوَ مَوْضَّحٌ فِي الشَّكْلِ 1.

مِنْ 1 أَبْرِيلَ حَتَّى 31 دِيسَمْبِرَ 2021، تُقَدِّمُ 194 شَرِيطًا تَغْطِيَةً كَافِيَةً لِدِرَاسَةِ الشَّفَقِ القُطْبِيِّ العَذْراءِ فِي الأَشِعَّةِ فَوْقَ البَنَفْسَجِيَّةِ البَعِيدَةِ (يُعَرَّفُ بِأَنَّ أَكْثَرَ مِنْ 30% مِنْ بَكْسِلَاتِ القُرْصِ لَهَا زَاوِيَةُ سَمْتِ الشَّمْسِ أَكْبَرَ مِنْ 110°).

الطَّيْف

الإِشْعَاعُ أَقْوَى عِنْدَ خَطِّ الأُكْسُجِينِ 130.4 nm (تَحَلُّلُ 3S إِلَى الحَالَةِ الأَرْضِيَّةِ 3P)، عَلَى الرَّغْمِ مِنْ أَنَّهُ يُرَاقَبُ أَيْضًا فِي مَعَالِمِ الأُكْسُجِينِ عِنْدَ 98.9 nm، 102.7 nm، وَ135.6 nm، كَذَلِكَ كَانَ هُنَاكَ اِحْتِمَالُ الإِشْعَاعِ فِي فِرْقَةِ مَجْمُوعَةِ الرَّابِعَةِ لِغازِ CO، كَمَا هُوَ مَوْضَّحٌ فِي الطَّيْفِ النَّمُوذَجِيِّ فِي الشَّكْلِ 2.

النَّتَائِج

يُمْكِنُ النَّظَرُ فِي الأَشْرِطَةِ المُتَطَابِقَةِ بِشَكْلٍ فَرْدِيٍّ أَوْ تَرْكِيبُهَا وَمُتَوَسِّطُهَا لِصُنْعِ صُورَةٍ شَامِلَةٍ وَاحِدَةٍ، كَمَا هُوَ مَوْضَّحٌ فِي الشَّكْلِ 3. تُظْهِرُ الشَّفَقُ القُطْبِيُّ العَذْرَاءُ نَمَاطًا تُوَافِقُ التَّوَقُّعَاتِ بِشَكْلٍ عَامٍّ (أَيْ تَحْدُثُ أَكْثَرَ فِي مَنَاطِقِ الحُقُولِ القِشْرِيَّةِ القَوِيَّةِ وَالمَفْتُوحَةِ، كَمَا فِي الشَّكْلِ 3، يُسَارًا). اِسْتِثْنَاءٌ مَلْحُوظٌ هُوَ أَنَّ أَشَدَّ الشَّفَقِ القُطْبِيِّ سُطُوعًا حَدَثَ بَعِيدًا عَنْ الحُقُولِ القِشْرِيَّةِ خِلَالَ تَأَثُّرِ اِكْتِتَافِ كُتْلَةٍ إِكْلِيلِيَّةٍ شَمْسِيَّةٍ فِي 21 يُولْيُو 2021، حَيْثُ تَظْهَرُ الشَّفَقُ القُطْبِيُّ العَذْرَاءُ فِي مَنَاطِقِ الحُقُولِ القِشْرِيَّةِ الضَّعِيفَةِ (الشَّكْلِ 3، يَمِينًا). يُمْكِنُ اِكْتِشَافُ الشَّفَقِ القُطْبِيِّ العَذْرَاءِ (أَكْثَرَ مِنْ 2 R فِي بِقَعٍ مُتَوَاصِلَةٍ وَاضِحَةٍ) فِي تَقْرِيبًا 55% مِنَ المُرَاقَبَاتِ، وَهِيَ أَكْثَرُ شُيُوعًا فِي الرُّبْعِ الغُرُوبِ مُقَابِلَ الفَجْرِ، وَتُظْهِرُ تَقَلُّبَاتٍ كَبِيرَةً عَلَى مَقَايِيسَ زَمَنِيَّةٍ تَقْرِيبًا 20 دَقِيقَةٍ، مِمَّا يَعْكِسُ التَّقَلُّبَاتِ الطَّبِيعِيَّةِ فِي دِينَامِيَّاتِ الإِلِكْتْرُونَاتِ وَطُوبُوغْرَافِيَّةِ الحُقُولِ المِغْنَاطِيسِيَّةِ فِي بِيئَةِ الفَضَاءِ القَرِيبِ مِنَ المِرِّيخِ.

نظرة مستقبلية

هَذِهِ الصُّوَرُ الشَّامِلَةُ، مُقْتَرِنَةً بِقِيَاسَاتٍ مُتَزَامِنَةٍ لِلإِلِكْتْرُونَاتِ فَوْقَ الحَرَارِيَّةِ وَالهَنْدَسَةِ وَالطُّوبُوغْرَافِيَّةِ المِغْنَاطِيسِيَّةِ مِنْ مَافِن وَمَارْس إِكْسْبْرِس تَعِدُ بِتَوْضِيحِ العَمَلِيَّاتِ البْلَازْمَا المُعَقَّدَةِ الَّتِي تَدْفَعُ الشَّفَقَ القُطْبِيَّ الغَامِضَ لِلْمِرِّيخِ.

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