Schumann Resonances At Mars:What To Expect
Οι συντονισμοί Schumann είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα που αντηχούν στην κοιλότητα που σχηματίζεται φυσικά μεταξύ της αγώγιμης πλανητικής επιφάνειας και της κατώτερης ιονόσφαιρας, που περιέχει την ατμόσφαιρα.
Το μήκος κύματός τους είναι της τάξης της περιμέτρου του πλανήτη, τυπικά αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα, και επομένως είναι εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας (λίγα Hz). Αποτελούν δείκτη ηλεκτρομαγνητικής δραστηριότητας στην πλανητική ατμόσφαιρα που περιέχεται στην κοιλότητα. Προβλέφθηκαν για πρώτη φορά το 1952 από τον Schumann και μετρήθηκαν στη Γη το 1962 από τους Balser και Wagner. Η κύρια πηγή διέγερσης στη Γη είναι οι κεραυνοί και οι παράμετροι SR συνδέονται με παγκόσμιες καιρικές επιπτώσεις, όπως η παγκόσμια θερμοκρασία του πλανήτη των γεγονότων El Nino o La Nina.
Η μονάδα καθόδου Huygens στην αποστολή Cassini στον Κρόνο έφερε έναν ηλεκτρομαγνητικό αισθητήρα που τους μέτρησε στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα, του μεγαλύτερου φεγγαριού του Κρόνου. Αυτό αντιστοιχεί στην πρώτη in situ μέτρηση αυτού του είδους συντονισμών σε ένα ουράνιο σώμα εκτός της Γης. Τα χαρακτηριστικά του συντονισμού Schumann δίνουν πληροφορίες για την ιονόσφαιρα – ατμόσφαιρα – επιφάνεια του πλανήτη, και στην περίπτωση του Τιτάνα αποκάλυψε την ύπαρξη ενός θαμμένου Ωκεανού που περιέχει (υψηλά αγώγιμο) υγρό νερό κάτω από την επιφάνεια (Béghin et al. 2012).
Στον Άρη, μέχρι στιγμής ο συντονισμός Σούμαν δεν έχει μετρηθεί στην ατμόσφαιρά του. Γνωρίζουμε ότι υπάρχουν ορισμένα βασικά συστατικά, όπως μια ιονόσφαιρα και μια ατμόσφαιρα που τα περιέχει. Δεν είναι σαφές εάν η ατμόσφαιρα του Άρη έχει κάποια ηλεκτρική δραστηριότητα που μπορεί να προκαλέσει τους συντονισμούς.
Οι διάβολοι σκόνης έχουν προταθεί ως πιθανή πηγή ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού, όπως συμβαίνει στις ερήμους της Γης, αλλά δεν είναι σαφές εάν είναι αρκετά ισχυροί και συχνοί ώστε να διεγείρουν ή να διατηρούν τους συντονισμούς στον Άρη. Υπάρχει μια απομακρυσμένη ανίχνευση από τους Ruf et al. (2009) χρησιμοποιώντας τις Κεραίες Δικτύου Βαθύ Διαστήματος που είναι σύμφωνο με μια έμμεση παρατήρηση των συντονισμών Schumann. Ωστόσο, μέχρι στιγμής δεν έχουν παρασχεθεί άμεσες αποδείξεις για την ύπαρξή τους.
Η πρώτη αποστολή που έφερε όργανα για να χαρακτηρίσει τον ατμοσφαιρικό ηλεκτρισμό του Άρη και ενδεχομένως να ανιχνεύσει SR ήταν η μονάδα καθόδου Schiapparelli στο ExoMars 2016, αλλά ένα πρόβλημα κατά τη διάρκεια της ακολουθίας προσγείωσης εμπόδισε μια ήπια προσγείωση και τα όργανα υπέστησαν ζημιά. Η επόμενη ευκαιρία να χαρακτηρίσουμε την ηλεκτρική δραστηριότητα στον Άρη και την ενδεχόμενη ύπαρξη του Schumann Resonances είναι το ExoMars 2020. Η επιφανειακή πλατφόρμα θα φέρει μια μεγαλύτερη έκδοση της κεραίας που συμπεριλήφθηκε στο ExoMars 2016.
Προομοιώσεις για τον χαρακτηρισμό της ατμόσφαιρας του Άρη
Πραγματοποιήσαμε προσομοιώσεις με βάση την τρέχουσα κατανόησή μας για την ατμόσφαιρα και την ιονόσφαιρα του Άρη για να ξέρουμε τι να περιμένουμε και πού να αναζητήσουμε τους συντονισμούς Schumann στον Άρη. Υπάρχουν δύο βασικά χαρακτηριστικά που διαφοροποιούν αυτή την κοιλότητα από αυτή στη Γη. Πρώτον, η ατμόσφαιρα του Άρη είναι γνωστό ότι φιλοξενεί πολύ μεγάλες καταιγίδες σκόνης σε μεγάλα τμήματα του πλανήτη. Αυτές οι καταιγίδες επηρεάζουν σοβαρά την αγωγιμότητα της ατμόσφαιρας λόγω των φορτισμένων κόκκων σκόνης. Αυτά τα συμβάντα δεν είναι πάντα παρόντα, εισάγοντας μεγάλη μεταβλητότητα της κοιλότητας συντονισμού.
Επιπλέον, η έλλειψη ισχυρού μαγνητικού πεδίου του Άρη καθιστά το σύστημα ιονόσφαιρας – ατμόσφαιρας του Άρη πολύ ευάλωτο στον ηλιακό άνεμο. Επομένως, τα χαρακτηριστικά της φωτισμένης (ημέρας) και της νυχτερινής ατμόσφαιρας είναι πολύ διαφορετικά, δημιουργώντας μια έντονη ασυμμετρία της κοιλότητας. Μοντελοποιήσαμε την κοιλότητα χρησιμοποιώντας αριθμητικές προσομοιώσεις για να υπολογίσουμε αυτούς τους δύο παράγοντες. Διαπιστώνουμε ότι η συχνότητα της πρώτης λειτουργίας συντονισμού μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 9 – 14 Hz, σε αντίθεση με τη Γη όπου είναι αρκετά σταθερή στα 7,8 Hz. Η πρώτη λειτουργία θα πρέπει να είναι αυτή με περισσότερη ενέργεια και επομένως η πιο εύκολη ανίχνευση.
Οι νυχτερινές συνθήκες της αρειανής ηλεκτρομαγνητικής κοιλότητας είναι καλύτερες για τη διάδοση των κυμάτων και θα πρέπει να είναι ευκολότερο να ανιχνευθούν συντονισμοί Schumann στην Αρειανή νύχτα, σύμφωνα με τα ευρήματά μας. Επιπλέον, είναι δυνατοί νέοι τρόποι συντονισμού στη νυχτερινή πλευρά της κοιλότητας λόγω της ανάκλασης των κυμάτων στον τερματιστή, δηλαδή στο ιονόσφαιρο όριο που χωρίζει τις φωτισμένες (ημέρα) από τις σκοτεινές (νύχτα) περιοχές. Τέλος, οι προσομοιώσεις μας υποδεικνύουν ότι αυτοί οι συντονισμοί θα ήταν πιο αμυδροί από ό,τι στη Γη, με παράγοντες πολύ χαμηλής ποιότητας, ή με άλλα λόγια, η ενέργεια των συντονισμών εκφυλίζεται σε ευρύτερους τόνους.
Αυτή η μελέτη, Schumann resonances at Mars:Effects of the day-night asymmetry and dust-loaded ionosphere δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Geophysical Research Letters .
