私たちの太陽系のすべての惑星は、私たちの太陽から来るエネルギー粒子の流れと相互作用します。多くの場合、「太陽風」と呼ばれ、これらの粒子は主に電子、陽子、恒星間空間に向かって進んでいるアルファ粒子で構成されています。この流れが惑星の磁気圏または大気と接触すると、「ボウショック」として知られるそれらの周りの領域を形成します。
これらの領域は惑星の前に形成され、通過する太陽風を減速させ、迂回させます。これは、ボートの周りで水が迂回されるのと同じです。火星の場合、バウショックの形成に必要な伝導環境を提供するのは惑星の電離層です。ヨーロッパの科学者チームによる新しい研究によると、火星のバウショックは、惑星の大気の変化の結果として変化します。
「火星特急ミッションで観測された火星の弓の衝撃位置の年次変動」というタイトルのこの研究は、 Journal of Geophysical Letters：宇宙物理学。からのデータの使用 火星エクスプレス オービター、科学チームは、火星の数年間の間にボウショックの位置がどのようにそしてなぜ変化するか、そして主にどのような要因が原因であるかを調査しようとしました。
何十年もの間、天文学者は、太陽風と惑星の間の相互作用がエネルギー粒子を減速させ、徐々にそらす惑星の上流でボウショックが形成されることを認識してきました。太陽風が惑星の磁気圏または大気に出会う場所で、鋭い境界線が形成され、それらは拡大する弧で惑星の周りに伸びます。
これは、その独特の形状に起因して、ボウショックという用語が由来するところです。全球的な磁場がなく、起動するのにかなり薄い大気を持たない火星の場合（海面での地球の気圧の1％未満）、それは上層大気（電離層）の帯電領域です。これは、惑星の周りにバウショックを発生させる原因となります。
同時に、火星はサイズ、質量、重力が比較的小さいため、拡張した大気（つまり、外気圏）を形成できます。火星の大気のこの部分では、気体の原子と分子が宇宙空間に脱出し、太陽風と直接相互作用します。長年にわたって、この拡張された大気と火星のバウショックは、複数のオービターミッションによって観測され、後者の境界の変動が検出されました。
これは、少なくとも距離ではなく、複数の要因によって引き起こされていると考えられています。火星の軌道は比較的偏心しているため（地球の0.0167と比較して0.0934）、太陽からの距離はかなり異なります-近日点での206.7百万km（128.437百万mi; 1.3814 AU）から2億4,920万km（1,548億7,700万mi; 1.666） AU）遠日点。
惑星が近づくと、大気に対する太陽風の動圧が増加します。ただし、この距離の変化は、入射する極端紫外線（EUV）太陽放射の量の増加とも一致します。その結果、上層大気でイオンと電子（別名プラズマ）が生成される速度が増加し、入射する太陽風を妨げる熱圧が増加します。
拡張大気内で新しく生成されたイオンも、太陽風によって運ばれる電磁界によってピックアップされ、加速されます。これにより、速度が低下し、火星のボウショックがその位置をシフトさせる効果があります。これはすべて、火星の1年間で発生することが知られています。これは、地球の686.971日または火星の日数668.5991に相当します。
ただし、それが長期間にわたってどのように動作するかは、以前は答えられなかった質問です。そのため、ヨーロッパの科学者のチームは、 火星エクスプレス 5年間の使命。このデータは、チームが合計11,861回のバウショッククロッシングを調べるために使用した宇宙プラズマ分析装置およびEneRgetic原子（ASPERA-3）電子分光計（ELS）によって取得されました。
彼らが見つけたのは、平均して、バウショックは遠日点（8102 km）に近いときは火星に近く、近日点（8984 km）で遠いということです。これは火星の年の約11％の変動になり、それはその偏心とかなり一致しています。しかし、チームは、以前に調査されたメカニズム（もしあれば）のうち、この変更の主な原因となったメカニズムを確認したいと考えました。
この目的に向けて、チームは主な原因として太陽風密度、惑星間磁場の強さ、および日射量の変動を考慮しました。これらはすべて、惑星が太陽から遠ざかるにつれて低下します。しかし、彼らが発見したのは、ボウショックの位置が、太陽風自体の変化ではなく、太陽の極端な紫外線放射の出力の変化に対してより敏感に見えることでした。
バウショック距離の変動は、火星の大気中の塵の量に関連しているようにも見えました。火星が近日点に近づくにつれて、これは増加し、大気がより多くの日射を吸収して加熱します。 EUVのレベルの増加が電離層と外気圏のプラズマの量の増加にどのようにつながるかと同様に、ダストの量の増加は太陽風に対するバッファーとして機能するように見えます。
ESAのプレスリリースで、英国のランカスター大学の研究者であり、この論文の筆頭著者であるベンジャミンホールは次のように述べています。
「ダストストームは、火星の上層大気と電離層と相互作用することが以前に示されているため、ダストストームとバウショックの場所の間に間接的なカップリングがある可能性があります。火星のバウショックの場所に影響を与え、そのような調査を将来の研究に任せます。」
最終的に、Hallと彼のチームは、火星のバウショックが長期間にわたって変化する理由を説明するときに、1つの要因を特定することができませんでした。 「私たちの観察結果を説明できるメカニズムは1つではなく、むしろそれらすべてを組み合わせた効果であると思われます」と彼は言った。 「現時点では、それらのいずれも除外できません。」
ホール氏と彼の同僚は、今後のミッションで火星がボウショックをシフトするメカニズムの解明に役立つことを期待しています。 Hallが指摘したように、これにはおそらく「」ESAの共同調査が含まれます。 火星エクスプレス とトレース ガス オービター、NASA MAVEN ミッション。 MAVENの初期のデータは、私たちが発見した傾向を裏付けているようです。」
これは、火星の大気が太陽風とどのように相互作用するかを理解しようとした最初の分析ではありませんが、この特定の分析は、以前のどの調査よりもはるかに長い期間にわたって取得されたデータに基づいています。最後に、現在火星を研究している複数のミッションは、この惑星の大気力学について多くを明らかにしています。地球とは異なり、磁場が非常に弱い惑星。
その過程で学んだことは、火星や磁場の弱い他の惑星（金星や水星など）への将来の探査ミッションが安全で効果的であることを保証するのに大いに役立ちます。それはいつの日かこれらの世界での恒久的な拠点の作成を支援するかもしれません！
