SOLAR-WIND INDUCED ATMOSPHERIC EROSION AT MARS: FIRST RESULTS FROM ASPERA-3 ON MARS-EXPRESS

Transkript

1 SOLAR-WIND INDUCED ATMOSPHERIC EROSION AT MARS: FIRST RESULTS FROM ASPERA-3 ON MARS-EXPRESS R. Lundin 1,S. Barabash 1, H. Andersson 1, M. Holmström 1, A. Grigoriev 1, M. Yamauchi 1, J.-A. Sauvaud 2, A. Fedorov 2, E. Budnik 2, J.-J. Thocaven 2, D. Winningham 3, R. Frahm 3, J. Scherrer 3, J. Sharber 3, K. Asamura 4, H. Hayakawa 4, A. Coates 5, D.R. Linder 5, C. Curtis 6, K.C. Hsieh 6, B. R. Sandel 6, M. Grande 7, M. Carter 7, D. H. Reading 7, H. Koskinen 8, E. Kallio 8, P. Riihela 8, W. Schmidt 8, T. Säles 8, J. Kozyra 9, N. Krupp 10, J. Woch 10, J. Luhmann 11, S. McKenna-Lawler 12, R. Cerulli-Irelli 13, S. Orsini 13, M. Maggi 13, A. Mura 13, A. Milillo 13, E. Roelof 14, D. Williams 14, S. Livi 14, P. Brandt 14, P. Wurz 15, P. Bochsler 15 1 Swedish Institute of Space Physics, Box 812, S , Kiruna, Sweden 2 Centre d'etude Spatiale des Rayonnements, BP-4346, F Toulouse, France 3 Southwest Research Institute, San Antonio, TX , USA 4 Institute of Space and Astronautical Science, Yoshinodai, Sagamichara, Japan 5 Mullard Space Science Laboratory, University College London, Surrey RH5 6NT, UK 6 University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA 7 Rutherford Appleton Laboratory, Chilton, Didcot, Oxfordshire OX11 0QX, UK 8 Finnish Meteorological Institute, Box 503 FIN Helsinki, Finland 9 Space Physics Research Laboratory, University of Michigan, Ann Arbor, MI , USA 10 Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, D Katlenburg-Lindau, Germany 11 Space Science Laboratory, University of California in Berkeley, Berkeley, CA , USA 12 Space Technology Ltd., National University of Ireland, Maynooth, Co. Kildare, Ireland 13 Instituto di Fisica dello Spazio Interplanetari, I Rome, Italy 14 Applied Physics Laboratory, Johns Hopkins University, Laurel, MD , USA 15 University of Bern, Physikalisches Institut, CH-3012 Bern Switzerland

2 ASPERA-3 Syfte: Att studera solvindens inverkan på Mars, speciellt förlusten av flyktiga ämnen t ex vatten från Mars. Fråga: Kan en långvarig och intensiv solvindserosion under årmiljarder förklara torrläggningen av planeten Mars? Huvudenhet: Databehandling Neutralpartikelkameror (NPI, NPD) Elektronspektrometer (ELS) Motordriven scanner Jonmassanalysator

3 Solvindserosion på Mars Planetvind = Flykt av atmosfärflykt och jonosfär ASPERA mäter globala inflödes- och utflödesprocesser - globalt såväl som lokalt: Inflöde solvinden Utflöde planetvinden med hjälp av: kameror som avbildar flödet av energirika neutrala atomer spektrometrar för joner och elektroner. Solar wind Mars (och Venus) planeter utan magnetiska sköld => uttorkning. Planetary wind 100 ton/day

4 ASPERA-3 upptäckter - utflöde 1. Solvinden kan tränga ända ner till satellitens lägsta höjd (pericenter) dvs ca 270 km 2. Accelerationsprocesser som orsakar atmosfärsflykten - planetvinden - pågår ner till satellitens lägsta höjd 270 km. 3. Accelerationsprocesserna är kraftfulla -de kan accelerera joner upp till flera kev på höjder ner till 300 km! 4. Planetvinden innehåller också molekylära joner (t ex CO 2 + and O 2+ ), vilket bekräftar att accelerationsprocesserna når ner till låga höjder.

5 Mars Express, MEX, pericenter-passage över Mars (270 km vid ca12.08 UT). Diagrammet illustrerar passagen genom fotoelektrongränsen för Mars (PEB), yttre gränsen för den inducerade magnetosfären (IMB) samt bogchocken (BS). Panelerna ger tids-energispektra för H + (A), tunga joner (t ex O + ) (B) samt elektroner (C). X, Y, and Z ger bankoordinaterna för MEX in Mars Solar Ecliptic coordinates (Rm=Marsradier).

6 Satellitbanan den 22 mars, 2004 MEX bana i cylindriskt koordinatsystem. Pericenter vid UT markerad med grön punkt. Streckad linje ger banpartiet för data i föregående panel. Färgade områden indikerar områden med solvind (blå), magnetoskiktet (lila) och den inducerade magnetosfären (ljusröd). BS markera bogchocken och IMB den inducerade magnetosfärens yttre gräns.

7 Energi-mass spektra för accelererade jonosfäriska joner. Svarta linjer ger masslinjer för massa per laddning (m/q) för m/q = 1 (H+), 2, 4 och 16 (O+). (A) 27 feb, 2004, 2-7 kev H + och 700 ev O + och O 2 + på ca 290 km höjd över Mars. (B) 25 Jan, 2004, 500 ev O+ och m/q=2 joner (He ++, H 2 +, D +?) på ca 900 km höjd. (C) 22 March 2004, kraftig acceleration avbl a O+ på ca 330 km höjd över Mars.

8 ASPERA data och MEX-satellitbana som visar inflöde av solvindsjoner (H + ) och utflöde av joner från marsjonosfären på olika höjder över Mars. MEX-banan anges i cylindriska koordinater. Sju energi-mass spektra för joner visas till höger. Gulstreckad linje markerar H + medan rödstreckad linje markerar O+ (diagram för tiden 19:40 UT).

9 Accelererade tunga joner ( kev) och elektroner observerade den 1 mars, 2004 på ca 460 km höjd. Accelerationen sker samtidigt som solvindsprotoner H + ( 2 kev) tränger in. Panelen A visar ett energi-mass spektrum vid tidpunkten markerad med röd pil (08:10-08:13 UT). Panelerna B, C and D visar energi-tids spektra för H + and He ++ (solvind), tunga joner med (planetvind), och elektroner.

10 Inbound H(km) Outbound H(km) IMB PEB Mean IMB Mean PEB Statistik från 11 satellitpassager som visar uppmätta höjder av IMB- och PEB över Mars. Variabiliteten av gränserna i tid och rum framgår av spridningen om höjden plottas som nedstigande (inbound) mot uppstigande (outbound) nod.

11 Jonosfärsflykt från Mars Bogchock Solvind Yttre gräns för inducerade magnetosfären (IMB) Fotoelektrongräns (PEB) Acceleration och utflöde av joner från jonosfären startar mellan PEB och IMB ( km) km km

12 Slutsatser 1. Solvindsplasma tränger djupt ner i Marsjonosfären på dagsidan, ibland ända ner till pericenterhöjd, ca 270 km 2. Accelerationsprocesser som ger upphov till atmosfärsflykten - planetvinden - förekommer ner till 270 km höjd. 3. Accelerationsprocesserna är kraftfulla - de kan accelerera joner upp till flera kev på höjder ner till 300 km! 4. Planetvinden innehåller också molekylära joner (t ex CO 2 + and O 2+ ), vilket ytterligare bekräftar att accelerationsprocesserna kan nå ned till låga höjder.