Clear Sky Science
הסברים מבוססי ראיות, עם מעט ז'רגון

Clear Sky Science · he

תגובות האיון של מאדים במהלך סערת השמש העל-חזקה במאי 2024

· חזרה לאינדקס

כאשר סערת שמש מרוחקת רעדה את שמי מאדים

במאי 2024, סערה עצומה על השמש לא רק ציירה אזורות צפייה נדירות בשמי כדור הארץ — היא גם פגעה במאדים. המאמר הזה מראה כיצד שחרור אנרגיה סולארית זה עיצב באופן דרמטי את האטמוספירה העליונה הממוחשבת חשמלית — האיון — סביב כוכב הלכת האדום. בתיעוד האירוע כמעט בזמן אמת באמצעות חלליות במסלול, מדענים רשמו את ההגברה החזקה ביותר שנצפתה אי־פעם בשכבה המרכזית של האיון במאדים, וחשפו פרטים חדשים על האופן שבו סערות שמש יכולות להשפיע על כוכבים חסרי שדה מגנטי עולמי מגן.

להקשיב דרך אוויר מאדים

כדי לצפות בתגובת האיון של מאדים השתמשו החוקרים בטכניקה שנקראת הסתתרות רדיו הדדית, שבה חללית אחת משדרת טון רדיו קבוע דרך אטמוספירת כוכב הלכת לחללית אחרת. כאשר האות חובק את קו שפת מאדים, הוא מתעקל ומאיטי בהתאם למספר החלקיקים מטעונים שהוא עובר דרכם. על ידי מדידה מדוקדקת של השינויים הזעירים האלה יכולים המדענים לשחזר פרופיל אנכיי של צפיפות האלקטרונים — למעשה תרשים סונדה של האיון, מכ־80 קילומטרים ועד כמה מאות קילומטרים. מאז 2020 המשימות Mars Express ו‑ExoMars Trace Gas Orbiter מבצעות מדידות כאלה בערך פעם בשבוע, ובונות בהדרגה תמונת בסיס של התנהגות האיון של מאדים לאורך העונות ותנאי השמש.

Figure 1
Figure 1.

הסופרסערה מגיעה

בתחילת מאי 2024 שחררה השמש רצף של התפרצויות אינטנסיביות: הבהובים חזקים, התפרצויות של חלקיקים מהירים, וענן פלזמה גדול הידוע כהתפרצות כמותית כורונלית (CME). אירועים אלה רצו סערת גאומגנטית החזקה ביותר בכדור הארץ בעשורים, וכעבור זמן קצר הפריעו גם לסביבה החללית סביב מאדים. ב־15 במאי, עשר דקות בלבד לאחר שקרינת הבהוב מסוג X הגיעה למאדים, שתי החלליות האירופיות קיימו הסתתרות רדיו מתוזמנת מעל האזור הדרומי של Sisyphi Planum. התזמון המבורך הזה סיפק תמונת רגע של איון מאדים ממש בשיא הקרינה של הסערה, ואפשר לצוות להשוות את "פרופיל הסערה" הזה לעשרות תצפיות שקטות קודמות שנלקחו בתנאי תאורה דומים.

הגברה שברת שיא בשכבה נסתרת

השינוי הבולט ביותר הופיע בשכבה התחתונה מתוך שתי השכבות העיקריות של האיון במאדים, הנקראת M1, הנמצאת בגובה של כ‑90–110 קילומטרים. במהלך הסערה צפיפות השיא של אלקטרוני השכבה הזו התנפחה לכ‑כ־2.8 מלהערכה הרגילה — ההגברה הגדולה ביותר שנרשמה אי־פעם — ובו בזמן זזה כלפי מעלה בכ־6.5 קילומטרים. שכבת M2 העליונה, בסביבות 150 קילומטר, גדלה רק בכ־45% בלבד וזזה כלפי מעלה בכמות דומה. מדידות קרינת רנטגן רכה ממסלולית MAVEN של נאס"א הראו שהאנרגיה הנכנסת של קרני X גדלה בכ‑כון של פי שלוש, הרבה פחות ממה שתיאוריות ישנות חזו שיהיה נדרש כדי ליצור תגובת M1 כה גדולה. אי‑התאמה זו מרמזת שמודלים קודמים העריכו נמוך מדי את היעילות שבה אור אנרגטי מהשמש יכול לגרום ליוניזציות "משניות", שבהן אלקטרונים אנרגטיים מפעילים מפלים של התנגשותיי ויוניזציות נוספות באוויר הדל של מאדים.

Figure 2
Figure 2.

חימום, גלים בגבהים גבוהים, ומה שלא השתנה

מעבר להגברת שכבת M1, להשאיר הסערה טביעות אצבע נוספות. פסגות M1 ו‑M2 הוזזו שניהם כלפי מעלה, מרמז על חימום והתרחבות של האטמוספירה הניטרלית שמתחת — ככל הנראה אפקט מעוכב של ה־CME והפרעות החלקיקים שנעו וטלטלו את מאדים במשך יותר מיום. הופיעה הגברה קטנה אך מובחנת סביב גובה של כ‑245 קילומטר, אשר המחברים מציעים שיכולה להיות קשורה לאי‑יציבות שבהן רוח השמש משפשפת את האטמוספירה העליונה של מאדים, או לזרמי יונים היוצאים החוצה לפי שורות שדה מגנטי מעוותות. במקביל, כמה תכונות נשארו מפתיעות יציבות: החלק העליון של שכבת M2 לא הוצמד בחוזקה, האטמוספירה הניטרלית התחתונה מתחת לכ־100 קילומטר לא הראתה שינוי מבני משמעותי, והמרווח הכולל בין פסגות M1 ו‑M2 כמעט ולא השתנה.

מדוע זה חשוב למשימות מאדים עתידיות

לקורא כללי, המסר המרכזי הוא שאטמוספירתו העליונה של מאדים רגישה בהרבה לסערות שמש ממה שחשבו בעבר, במיוחד בשכבת האיון התחתונה שלו. פליטת קרני X סולרית יכולה במהירות להגביר אזור זה, לא רק על ידי יוניזציה ישירה אלא גם דרך שרשראות של התנגשותיי משניות, ולחמם ולהתנפח את האוויר המקיף. הבנת השפעות אלה קריטית לתכנון משימות רובוטיות ובני‑אדם עתידיות: תקשורת רדיו, אותות ש導航 ותנודות אטמוספיריות על החלליות עשויים להשתנות בזמן סערות כאלה. המחקר הזה מראה שעם ניטור שוטף ודיוק גבוה אפשר לתפוס אירועים נדירים אלה במעשה ולחדד את המודלים שלנו של האופן שבו השמש מעצבת את הסביבות של כוכבי לכת סלעיים — מאדים היום, ואולי עולמות אחרים מחר.

ציטוט: Parrott, J., Sánchez-Cano, B., Svedhem, H. et al. Martian ionospheric response during the may 2024 solar superstorm. Nat Commun 17, 2017 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69468-z

מילות מפתח: איון מאדים, סערת שמש, הבהוב שמש, מזג אוויר חללי, הסתתרות רדיו