Setiap planet di Tata Surya kita berinteraksi dengan aliran partikel energetik yang berasal dari Matahari kita. Sering disebut sebagai "angin matahari", partikel-partikel ini terutama terdiri dari elektron, proton, dan partikel alfa yang terus-menerus menuju ruang antarbintang. Di mana aliran ini bersentuhan dengan magnetosfer atau atmosfer planet, ia membentuk suatu wilayah di sekitar mereka yang dikenal sebagai "busur kejut".
Daerah-daerah ini terbentuk di depan planet ini, memperlambat dan mengalihkan angin matahari ketika bergerak melewati - sama seperti bagaimana air dialihkan di sekitar kapal. Dalam kasus Mars, ionosfer planetlah yang menyediakan lingkungan konduktif yang diperlukan untuk terbentuknya guncangan busur. Dan menurut sebuah studi baru oleh tim ilmuwan Eropa, kejutan busur Mars bergeser sebagai akibat dari perubahan atmosfer planet ini.
Penelitian, berjudul "Variasi Tahunan di Lokasi Busur Busur Mars sebagaimana Diamati oleh Misi Mars Express", muncul di Jurnal Geofisika Surat: Fisika Luar Angkasa. Menggunakan data dari Mars Express pengorbit, tim sains berusaha untuk menyelidiki bagaimana dan mengapa lokasi haluan busur bervariasi selama beberapa tahun Mars, dan faktor-faktor apa yang terutama bertanggung jawab.
Selama beberapa dekade, para astronom telah menyadari bahwa guncangan busur membentuk bagian hulu dari sebuah planet, di mana interaksi antara angin matahari dan planet ini menyebabkan partikel-partikel energetik melambat dan secara bertahap dialihkan. Di mana angin matahari bertemu dengan magnetosfer atau atmosfer planet, terbentuk garis batas yang tajam, yang memanjang di sekitar planet dengan busur melebar.
Di sinilah istilah shock busur berasal, karena bentuknya yang khas. Dalam kasus Mars, yang tidak memiliki medan magnet global dan atmosfer yang agak tipis untuk di-boot (kurang dari 1% dari tekanan atmosfer bumi di permukaan laut), ia adalah wilayah bermuatan listrik dari atmosfer atas (ionosfer) yang bertanggung jawab untuk menciptakan kejutan busur di sekitar planet ini.
Pada saat yang sama, ukuran, massa, dan gravitasi Mars yang relatif kecil memungkinkan pembentukan atmosfer yang diperluas (mis. Eksosfer). Di bagian atmosfer Mars ini, atom dan molekul gas keluar ke ruang angkasa dan berinteraksi langsung dengan angin matahari. Selama bertahun-tahun, atmosfer yang diperpanjang ini dan guncangan busur Mars telah diamati oleh beberapa misi pengorbit, yang telah mendeteksi variasi dalam batas yang terakhir.
Hal ini diyakini disebabkan oleh banyak faktor, tidak terkecuali jarak. Karena Mars memiliki orbit yang relatif eksentrik (0,0934 dibandingkan dengan 0,0167 di Bumi), jaraknya dari Matahari sedikit berbeda - dari 206,7 juta km (128,437 juta mi; 1,3814 AU) pada perihelion menjadi 249,2 juta km (154,8457 juta mi; 1,666 AU) di aphelion.
Ketika planet ini lebih dekat, tekanan dinamis angin matahari terhadap atmosfernya meningkat. Namun, perubahan jarak ini juga bertepatan dengan peningkatan jumlah radiasi matahari ultraviolet ekstrim yang masuk (EUV). Akibatnya, laju di mana ion dan elektron (alias. Plasma) diproduksi di atmosfer atas meningkat, menyebabkan peningkatan tekanan termal yang menangkal angin matahari yang masuk.
Ion-ion yang baru dibuat dalam atmosfer yang diperluas juga ditangkap dan dipercepat oleh medan elektromagnetik yang dibawa oleh angin matahari. Ini memiliki efek memperlambatnya dan menyebabkan bowshock Mars bergeser posisinya. Semua ini diketahui terjadi selama satu tahun Mars - yang setara dengan 686.971 hari Bumi atau 668.5991 hari Mars (sol).
Namun, bagaimana perilakunya dalam periode waktu yang lebih lama adalah pertanyaan yang sebelumnya tidak dijawab. Dengan demikian, tim ilmuwan Eropa berkonsultasi data yang diperoleh oleh Mars Express misi selama periode lima tahun. Data ini diambil oleh Analyzer of Space Plasma dan EneRgetic Atom (ASPERA-3) Electron Spectrometer (ELS), yang digunakan tim untuk memeriksa total 11.861 perlintasan kejut busur.
Apa yang mereka temukan adalah bahwa, rata-rata, kejutan busur lebih dekat ke Mars ketika dekat aphelion (8102 km), dan lebih jauh lagi di perihelion (8984 km). Ini berhasil dengan variasi sekitar 11% selama tahun Mars, yang cukup konsisten dengan eksentrisitasnya. Namun, tim ingin melihat yang mana (jika ada) dari mekanisme yang dipelajari sebelumnya yang terutama bertanggung jawab atas perubahan ini.
Menjelang akhir ini, tim mempertimbangkan variasi dalam kepadatan angin matahari, kekuatan medan magnet antarplanet, dan iradiasi matahari sebagai penyebab utama - semuanya menurun ketika planet semakin jauh dari Matahari. Namun, apa yang mereka temukan adalah bahwa lokasi benturan busur tampak lebih sensitif terhadap variasi dalam output radiasi UV ekstrim Matahari daripada variasi angin matahari itu sendiri.
Variasi jarak kejut busur juga tampaknya terkait dengan jumlah debu di atmosfer Mars. Ini meningkat ketika Mars mendekati perihelion, menyebabkan atmosfer menyerap lebih banyak radiasi matahari dan memanas. Sama seperti bagaimana peningkatan kadar EUV menyebabkan peningkatan jumlah plasma di ionosfer dan eksosfer, peningkatan jumlah debu tampaknya bertindak sebagai penyangga terhadap angin matahari.
Seperti yang dikatakan Benjamin Hall, seorang peneliti di Lancaster University di Inggris dan penulis utama makalah itu, dalam siaran pers ESA:
"Badai debu sebelumnya telah terbukti berinteraksi dengan atmosfer atas dan ionosfer Mars, jadi mungkin ada kopling tidak langsung antara badai debu dan lokasi guncangan busur ... Namun, kami tidak menarik kesimpulan lebih lanjut tentang bagaimana badai debu bisa secara langsung berdampak pada lokasi kejutan busur Mars dan meninggalkan penyelidikan seperti itu untuk studi di masa depan. "
Pada akhirnya, Hall dan timnya tidak dapat memilih satu faktor apa pun ketika membahas mengapa kejutan busur Mars bergeser selama periode waktu yang lebih lama. "Tampaknya tidak ada mekanisme tunggal yang dapat menjelaskan pengamatan kami, tetapi lebih merupakan efek gabungan dari semuanya," katanya. "Pada titik ini tidak ada dari mereka yang bisa dikecualikan."
Ke depan, Hall dan rekan-rekannya berharap bahwa misi di masa depan akan membantu menjelaskan mekanisme di balik bowshock yang bergeser Mars. Seperti yang ditunjukkan Hall, ini kemungkinan akan melibatkan "" penyelidikan bersama oleh ESA Mars Express dan Jejak Gas Pengorbit, dan NASA MAVEN misi. Data awal dari MAVEN tampaknya mengkonfirmasi tren yang kami temukan. "
Meskipun ini bukan analisis pertama yang berusaha memahami bagaimana atmosfer Mars berinteraksi dengan angin matahari, analisis khusus ini didasarkan pada data yang diperoleh selama periode waktu yang jauh lebih lama daripada studi sebelumnya. Pada akhirnya, berbagai misi yang sedang mempelajari Mars mengungkapkan banyak tentang dinamika atmosfer planet ini. Planet yang, tidak seperti Bumi, memiliki medan magnet yang sangat lemah.
Apa yang kita pelajari dalam proses akan berjalan jauh menuju memastikan bahwa misi eksplorasi masa depan ke Mars dan planet-planet lain yang memiliki medan magnet lemah (seperti Venus dan Merkurius) aman dan efektif. Bahkan mungkin membantu kita dengan menciptakan pangkalan permanen di dunia ini suatu hari nanti!
