MAVEN装置で記録された陽子オーロラの輝き
MAVEN宇宙船は、火星で最初に陽子オーロラを観測しました。これにより、天文学者は、太陽風と火星の大気や、ガスエンベロープを持つ太陽系の他の惑星との相互作用のメカニズムをよりよく理解することができます。この記事は、NatureAstronomy誌に掲載されました。
陽子オーロラは、エネルギー粒子の流れによって引き起こされる、地球の大気中のオーロラの一種です。それらは、高エネルギー（10-100 keV）の陽子のフラックスが惑星の大気に入り、大気ガスの分子や原子と衝突して、それらを励起してイオン化するときに発生します。この場合、陽子が自由電子を捕獲すると、電荷交換のプロセスが起こり、基底状態または励起状態で中性水素原子が形成されます。後者の場合、水素原子は基底状態になり、バルマー系列に特徴的な波長の光子を放出します。これらの光子は機器によって記録され、肉眼でグローとして表示されます。陽子オーロラは、その長さと形（陽子弧またはアーチ）によって区別され、電子によって引き起こされる私たちが慣れているオーロラとは対照的に、低緯度でも高い強度を持っています。さらに、水素原子の放出と高速移動の場合、ドップラー効果が発生します。これにより、陽子フラックスのパラメーターを決定できます。
陸域の陽子オーロラの特性に影響を与える別の要因は、それらに対する惑星の強い磁場の影響です。これは、強力な磁場を持たない惑星の大気中の同様のイベントが、地球上のシナリオとは異なるシナリオに従って発生することを意味します。地球規模の磁場がなく、中性水素の大規模なコロナに囲まれている火星について話すと、コロナで再充電プロセスを経た太陽風陽子は、弓の衝撃波に浸透して原子と相互作用する可能性があります。下部熱圏（高度110-130 km）の大気ガスの分子は、輝きを引き起こします。しかし、これまで、赤い惑星の大気中に陽子オーロラが確実に登録された例はありませんでした。
火星大気における陽子オーロラの形成のメカニズム。
Justin Deighanが率いる天文学者のグループは、オービターMAVEN（Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission）によって検出された、火星での陽子オーロラの登録の成功について報告しています。この発見は、2015年3月1日から4月4日までにIUVS（The Imaging Ultraviolet Spectrograph）と太陽風イオンアナライザー（SWIA）の太陽風粒子センサーによって紫外線範囲で収集されたデータを分析することによって行われました。以前、センサーは、この期間中に惑星の日中の熱圏（高度250 km未満）で太陽風の速度にほぼ等しい速度で、ほぼ単一エネルギーの陽子の時間変化する集団を検出したことが知られました。これらの陽子は、バウショックと水素コロナの電荷交換過程の結果であると考えられます。水素コロナは、来たる夏のために当時膨張していました。同じ時期に、紫外線範囲で水素原子の強いグロー（ライマン系列）が検出されました（粒子の登録は装置の近くで行われ、グローはそのはるか下で記録されました）。惑星の昼間の側に陽子オーロラが存在することを示しています…
2015年3月から4月にMAVEN装置のSWIAセンサーとIUVSスペクトログラフによって取得されたデータのタイムライン。
研究者たちは、実行されたシミュレーションが火星での陽子オーロラの登録も示していると述べていますが、将来的にはより詳細な研究が必要です。火星で同様の大気現象が現れるプロセスは、バウショックを超えて太陽風と直接相互作用する可能性のある中性ガスの広範なコロナを持つ天体で発生する可能性があります。このような条件は、金星、彗星、土星の月タイタンが惑星の磁気圏の外にある場合、またはHD209458bなどの太陽系外惑星に存在します。
以前、脈動するオーロラの性質がどのように発見され、地球のプラズマ圏で波の「歌」が聞こえたか、そしてMAVENが火星の上層大気で金属イオンの長寿命の層を最初に発見した方法について話しました。
