Sondy ESA odhalily, co se stane, když Mars zasáhne silná sluneční bouře

Když v květnu 2024 zasáhla Zemi jedna z největších slunečních bouří za více než 20 let, vyvolala na naší planetě polární záře viditelné až v Mexiku. Stejná bouře zasáhla i Mars, a díky sondám Evropské kosmické agentury (ESA) Mars Express a ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) nyní víme, co se stalo: dočasné potíže s elektronikou kosmických lodí a výrazně aktivovaná horní atmosféra.

Monitor záření na palubě TGO zaznamenal dávku odpovídající 200 „běžným“ dnům za pouhých 64 hodin. Nová studie publikovaná v časopise Nature Communications podrobněji odhaluje, jak tato intenzivní sluneční aktivita ovlivnila rudou planetu.

„Dopad byl pozoruhodný: horní atmosféra Marsu byla zaplavena elektrony,“ říká Jacob Parrott, výzkumný pracovník ESA a hlavní autor studie. „Byla to nejvýraznější reakce na sluneční bouři, jakou jsme kdy na Marsu zaznamenali.“

Během víkendu 10.–12. května 2024 zasáhla Zemi největší sluneční bouře za více než desetiletí. Sondy ESA/NASA Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), umístěné mezi Sluncem a Zemí, zachytily celý sluneční výbuch na kameru.

Sluneční bouře způsobila výrazný nárůst elektronů ve dvou odlišných vrstvách marťanské atmosféry, ve výškách kolem 110 a 130 km, přičemž jejich počet vzrostl o 45 %, respektive o ohromných 278 %. To je nejvíce elektronů, kolik jich kdy bylo v této vrstvě marťanské atmosféry pozorováno.

„Bouře také způsobila chyby v počítačových systémech obou oběžnic – běžné riziko kosmického počasí, jelikož částice jsou tak energetické a obtížně předvídatelné,“ dodává Jacob Parrott. „Naštěstí byly kosmické lodě navrženy s ohledem na tyto podmínky a vybaveny komponenty odolnými proti záření a specifickými systémy pro detekci a opravu těchto chyb. Rychle se zotavily.“

K prozkoumání dopadu sluneční bouře na Mars použili Jacob Parrott a jeho kolegové techniku, kterou ESA v současné době zavádí, známou jako rádiová okultace. Nejprve sonda Mars Express vyslala rádiový signál k TGO v okamžiku, kdy mizela za marťanským horizontem. Jak TGO mizela, rádiový signál byl ohýbán („refraktován“) různými vrstvami marťanské atmosféry, než byl zachycen oběžnicí, což vědcům umožnilo získat více informací o každé vrstvě. Vědci také použili pozorování z mise NASA MAVEN k potvrzení hustoty elektronů.

„Tato technika se ve skutečnosti používá po desetiletí k průzkumu sluneční soustavy, ale s využitím signálů vysílaných z kosmické lodi na Zemi,“ říká Colin Wilson, projektový vědec ESA pro Mars Express a TGO a spoluautor studie. „Teprve v posledních zhruba pěti letech jsme ji začali používat na Marsu mezi dvěma kosmickými loděmi, jako jsou Mars Express a TGO, které obvykle používají tato rádia k přenosu dat mezi oběžnicemi a rovery. Je skvělé vidět ji v akci.“ ESA rutinně používá rádiovou okultaci mezi oběžnicemi na Zemi a plánuje ji pravidelněji využívat v budoucích planetárních misích.

Odlišné světy, odlišné počasí

Silná sluneční bouře se na Zemi a Marsu projevila velmi odlišně, což podtrhuje rozdíly mezi těmito dvěma světy. Na Zemi byla reakce horní atmosféry tlumenější díky stínícímu efektu magnetického pole Země. Kromě toho, že magnetické pole odklání mnoho částic sluneční bouře pryč od Země, odklonilo některé i k zemským pólům, kde způsobily, že se obloha rozzářila polárními zářemi.

I když rozdíly mezi planetami mohou ztěžovat jejich přímé srovnání, pochopení toho, jak sluneční aktivita ovlivňuje obyvatele sluneční soustavy – jinými slovy, předpovídání kosmického počasí – je nesmírně důležité. Na Zemi mohou sluneční bouře ovlivnit astronauty a vybavení ve vesmíru a narušit satelity a systémy (napájení, rádio, navigace) na Zemi.

Studium kosmického počasí je však obtížné, protože Slunce vyzařuje záření a materiál nepravidelně, což činí cílená měření převážně oportunistickými.

„Naštěstí jsme byli schopni použít tuto novou techniku s Mars Express a TGO pouhých 10 minut poté, co velká sluneční erupce zasáhla Mars. V současné době provádíme na Marsu pouze dvě pozorování týdně, takže načasování bylo mimořádně šťastné,“ dodává Jacob Parrott.

Jacob Parrott a jeho kolegové zachytili následky tří slunečních událostí – všechny byly součástí stejné bouře, ale lišily se v tom, co a jak do vesmíru vyvrhly: jedna erupce záření, jeden výbuch vysokoenergetických částic a erupce materiálu známá jako koronální výron hmoty (CME). Tyto události společně vyslaly rychle se pohybující, energetické, magnetizované plazma a rentgenové paprsky směrem k Marsu. Když tento proud částic a záření zasáhl horní atmosféru planety, srazil se s neutrálními atomy a odtrhl jejich elektrony, což způsobilo, že se oblast zaplnila elektrony a nabitými částicemi.

„Výsledky zlepšují naše chápání Marsu tím, že odhalují, jak sluneční bouře ukládají energii a částice do marťanské atmosféry – což je důležité, protože víme, že planeta ztratila obrovské množství vody a většinu své atmosféry do vesmíru, pravděpodobně v důsledku neustálého proudu částic ze Slunce,“ říká Colin Wilson. „Ale je tu i další stránka věci: struktura a obsah atmosféry planety ovlivňují, jak rádiové signály cestují vesmírem. Pokud je horní atmosféra Marsu plná elektronů, mohlo by to blokovat signály, které používáme k průzkumu povrchu planety pomocí radaru, což je klíčový faktor při plánování misí a ovlivňuje naši schopnost zkoumat jiné světy.“