Astronomia: Jacob Parrott és radioastrònom de l’Agència Espacial Europea, i és l’autor primer i corresponsal d’un article aparegut aquesta setmana a Nature Communications sobre la resposta de la ionosfera de Mart a una supertempesta solar. És sabut que els esdeveniments poden tenir un impacte considerable sobre la ionosferes dels planetes del Sistema Solar, però no és fàcil realitzar les observacions oportunes pel mateix caràcter erràtic d’aquests fenòmens. Parrott et al. han aprofitat la coincidència entre l’arribada d’una gran flamarada solar a Mart a començament de maig del 2024 i una ocultació mútua de radioones que hi seguí deu minuts després. Com a conseqüència la capa baixa ionosfèrica de Mart gairebé es triplicà en gruix (278% respecte de la mida típica). Parrott et al. va fer ús de les mesures d’irradiància de raigs X tous per constatar-ho. L’estudi també els serveix per entendre millor la relació entre la densitat ionosfèrica i les emissions de raigs X.
La ionosfera de Mart
La ionosfera de Mart és la part ionitzada de l’atmosfera superior de Mart. La interacció de partícules energètiques solars (SEP) amb l’atmosfera de Mart poden ampliar-la a altituds més baixes, d’entre 60 i 90 km. Aquesta enfortiment ionosfèric pot comportar ‘apagades’ en els sistemes de radar de les estacions orbitals i de superfície com la Mars Express o el Mars Reconnaissace Orbiter.
D’altra banda, les ejeccions de massa coronal solar poden comprimir la ionosfera marciana, fent que disminueixi en altitud i augmenti el pic de densitat electrònica.
Les flamarades solars impacte en la ionosfera de Mart a través de la fotoionització. Això condueix a uns pics de densitat d’electrons més elevats, a altituds de 100-120 km, on es dipositen els fotons de raigs X suaus (0,1-3 keV).
Des del novembre del 2020 s’han produït ocultacions mútues de les radioones empeses pels satèl·lits artificials Mars Express (MEX) i ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO). Això ha permès la realització de 124 mesures, que han donat lloc a 74 perfils verticals de densitat d’electrons. Amb una cadència gairebé setmanal tan sols era qüestió d’esperar a que coincidís amb algun esdeveniment solar.
Parrott et al. es fixen especialment en la capa ionosfèrica inferior M1, situada a 90-110 km de la superfície de Mart. Han combinat la cadència, l’angle zenital solar i la perspectiva vertical de les ocultacions mútues de radioones.
L’activitat solar de maig del 2024
L’actual cicle solar 25 començà el desembre el 2019 i arribà al pic en l’octubre del 2024. En el maig del 2024, el Sol es trobava, doncs, en una etapa d’activitat elevada. En aquells dies això desencadenà a la Terra la tempesta geomagnètica Gannon, la més intensa des del 1989: es van veure aurores boreals a Londres, a Espanya i a altres localitats mediterrànies. El Sol vivia doncs a principi de maig del 2024 amb flamarades i ejeccions de massa coronal.
El 15 de maig del 2024 a es 08:37:11UT tenia lloc una ocultació mútua entre MEX i TGO des de la perspectiva de la Terra. Aquesta observació es produïa quan els dos satèl·lits eren damunt de Sisyphi Planum (−69,6°W, 9,8°N), a una hora local de 08:39, i un angle solar zenital de 53°. La longitud solar era de 255°, és a dir en mig de l’hivern de l’hemisferi nord.
Aquesta ocultació coincidia amb tres esdeveniments solars:
- 1) una flamarada solar de classe X3 produïda en unes coordenades solars de 90°W, 20° S. Fou registrada pels detectors de raigs X del Solar Dynamic Observatory (SDO). Els sensors dels satèl·lit geoestacionari GOES-15 calcularen la intensitat de la flamarada en 3,4·10-4 mW·m-2. Mart tenia llavors una longitud solar de 105° W. La flamarada hauria arrencat el 15 de maig a les 08:18UT, i arribà a un pic d’intensitat a les 08:37UT. Si tenim en compte la distància a la qual es trobava Mart llavors del Sol, això implica una hora d’arribada de 08:29:30UT i una hora de pic a 08:48:30UT. El satèl·lit artificial marcià MAVEN la registrà.
- 2) una emissió de SEPs (partícules solars energètiques). L’esclat de protons procedia de la localització de la flamarada esmentada, i s’accelerà al llarg del camp magnètic interplanetari del Sol. Com que Mart era llavors a una distància de 1,38 UA, les SEPs arribaren, segons la seva velocitat, en qüestió de 12 minuts (a 0,96c) o de 3 hores (a 0,046c).
- 3) una ejecció de massa coronal, produïda a unes coordenades solar de 51° W, 5° N l’11 de maig a les 03:12UT. Amb una amplada de 51° arribarà a Mart el 14 de maig a les 06:18UT, on produí pertorbacions durant 42 ± 8 hores.
Parrott et al. comparen el perfil de densitat d’electrons obtingut en aquella ocultació amb 12 perfils d’ocultacions sense activitat solar, però amb un angle zenital solar semblant:
Aquesta comparació permet constatar que el 15 de maig del 2024 la capa M1 de la ionosfera marciana (a 109 km d’altitud) havia assolit una densitat del 278% dels valors basals. La capa M2 (a 152 km d’altitud) hauria tingut un creixement del 45% respecte dels valors basals. Les capes M1 i M2 experimentaren llavors un augment d’altitud de 6,5 km. Encara es detectà una capa addicional a 245 km.
La comparació mostrava que aquests canvis no alteraren la cara superior de la capa M2. Tampoc no hi hagué canvis estructurals en l’atmosfera neutra baixa (de menys de 100 km d’altitud).
Els mecanismes implicats
L’activitat solar induí un enfortiment de la capa ionosfèrica M1. Aquesta capa es forma per un procés de fotoionització induït per fotons de raigs X suaus d’alta energia. L’escala temporal de la recombinació que indueixen és d’uns 10 minuts
L’augment del 278% de la capa M1 sembla massa gran per a la flamarada solar. Parrott et al. pensen que, a més de la ionització primària, hi hauria ionitzacions secundàries. La fracció dura de raigs X implica una major energia cinètica dels fotoelectrons, els quals condueixen a cascades de ionitzacions secundàries.
La capa M2 és el producte de la fotoionització de fotons d’ultraviolat extrem. Per això l’enfortiment d’aquesta capa fou del 45%, proporcional a la flamarada solar.
L’elevació de 6,5 km de les capes M1 i M2 respondria a un escalfament significatiu que l’atmosfera neutra de sota arran de la tempesta solar. L’escalfament respon a la precipitació de partícules prèvia a la ejecció de massa coronal.
L’enfortiment de la ionosfera a 245 km d’altitud podria deure’s a una inestabilització de la ionopausa.
Lligams:
- Martian ionospheric response during the may 2024 solar superstorm Jacob Parrott, Beatriz Sánchez-Cano, Håkan Svedhem, Olivier Witasse, Dikshita Meggi, Colin Wilson, Alejandro Cardesín-Moinelo & Ingo Müller-Wodarg. Nature Communications 17: 2017 (2026).
