Campo magnético y emisión de coros en Marte y la Tierra. Las líneas de campo magnético trazadas, representadas por líneas azules, se muestran en Marte (a) y la Tierra (b). Las barras de escala indican el tamaño de cada planeta. La flecha amarilla en el panel (a) indica la trayectoria de MAVEN y el punto negro en el panel (b) indica dónde se observaron las ondas de coro que se muestran en el panel (d). Se muestran espectrogramas de frecuencia-tiempo de ondas de coro observadas en Marte (c) por MAVEN y en la Tierra (d) por Van Allen Probe B. Densidad espectral de potencia codificada por colores calculada usando campo eléctrico de onda (c) y campo magnético (d). La coordenada de tiempo indica el número de segundos desde 2015-07-12/06:00:53 UT para el panel (c) y 2012-10-08/06:03:57 UT para el panel (d). Las líneas discontinuas blancas en (c) y (d) indican la frecuencia del ciclotrón de medio electrón. Los puntos negros en el panel (c) representan la densidad espectral de potencia máxima en un momento dado, y la línea blanca representa un ajuste de mínimos cuadrados lineales cuya pendiente da la frecuencia de chirrido que se muestra en unidades normalizadas. Préstamo: comunicación de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38776-z
Científicos chinos han reproducido las ondas de coro observadas en Marte en modo silbido utilizando datos de la misión Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) y las han comparado con fenómenos en la Tierra. Descubrieron que tanto Marte como la Tierra exhiben ondas de coro en modo silbido desencadenadas por procesos no lineales, con la falta de uniformidad del campo magnético de fondo jugando un papel clave en los barridos de frecuencia.
El estudio, publicado en comunicación de la naturalezaproporciona un soporte clave para comprender las ondas de coro en el entorno marciano y valida el modelo “Trap-Release-Amplify” (TaRA) propuesto anteriormente en condiciones más extremas.
Las ondas de coro en modo Whistler son emisiones de ondas electromagnéticas ampliamente presentes en las magnetosferas planetarias. Cuando sus señales electromagnéticas se convierten en sonido, se asemejan a un coro armonioso de pájaros temprano en la mañana, de ahí el nombre de “ondas de coro”. Las ondas de coro pueden acelerar electrones de alta energía en el espacio a través de la resonancia, lo que lleva a un rápido aumento en el flujo de electrones en los cinturones de radiación de la Tierra durante las tormentas geomagnéticas. Además, dispersan electrones de alta energía en la atmósfera, creando auroras difusas y pulsantes.
Una de las características de las ondas de coro es su estructura de barrido de frecuencia de banda estrecha. El mecanismo de excitación de esta vasta estructura ha sido de gran interés durante décadas y los científicos han propuesto varios modelos teóricos. Sin embargo, existe un debate sobre por qué se producen barridos de frecuencia en las ondas de coro y cómo calcular la frecuencia de barrido. Uno de los principales puntos de discusión es si la falta de uniformidad del campo magnético de fondo juega un papel clave en el barrido de frecuencia y cómo afecta el fenómeno de barrido.
El modelo TaRA, propuesto previamente por un equipo de la Academia China de Ciencia y Tecnología de la Academia China de Ciencias, se basa en las teorías de la física moderna del plasma y sugiere que el barrido de frecuencia de las ondas corales en la magnetosfera es el resultado de los efectos combinados de procesos no lineales y no uniformidad del fondo magnético. El modelo proporciona una fórmula adecuada para calcular la frecuencia de barrido. Sin embargo, la variación de la heterogeneidad del campo magnético en la magnetosfera de la Tierra es limitada, lo que dificulta probar el modelo TaRA en un espacio de parámetros más grande.
Simulación por computadora de un evento de coro en Marte. (a) Ondas de coro ascendente simuladas obtenidas usando campos eléctricos w S/ /da mi = 0,38, que corresponde a la posición del evento de coro observado. Densidad espectral de potencia codificada por colores del campo eléctrico de onda en unidades estandarizadas. Los puntos negros y la línea blanca son los mismos que en la Fig. 1c. (b, c) Comparación de formas de onda de simulaciones y observaciones. Préstamo: comunicación de la naturaleza(2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38776-z
Hay diferentes entornos de campo magnético entre Marte y la Tierra. La Tierra tiene un campo magnético global similar a un dipolo, mientras que Marte solo tiene una magnetización residual localizada. En el entorno de magnetización restante de Marte, el satélite MAVEN también observó ondas corales similares. Los cálculos revelan una diferencia de cinco órdenes de magnitud en la falta de uniformidad del campo magnético de fondo entre Marte y la Tierra. Al comparar los fenómenos de ondas observados en la Tierra y Marte, el modelo TaRA propuesto anteriormente se puede probar en condiciones más extremas.
Para validar este modelo, en este estudio, científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y sus colegas observaron la distribución de partículas en Marte utilizando el satélite MAVEN y lo combinaron con un modelo correspondiente del campo magnético de los restos de la corteza marciana.
Usando un método de simulación de partículas de primera clase, los científicos han reproducido los fenómenos de ondas de coro observados en Marte. A través del análisis de la distribución espacial de la fase de partículas, confirmaron que el proceso de barrido de estas ondas es consistente con el proceso de onda de coro en la Tierra, y ambos son desencadenados por procesos no lineales.
Además, los investigadores utilizaron dos métodos diferentes proporcionados por el modelo TaRA para calcular la frecuencia de barrido de las ondas de coro y las compararon con los resultados de observación y simulación. Los resultados mostraron un alto grado de concordancia entre las frecuencias de barrido calculadas sobre la base de procesos no lineales y falta de homogeneidad del campo de fondo magnético y los resultados de la simulación.
Estos hallazgos indican que aunque Marte y la Tierra tienen entornos magnéticos y de plasma distintos, los fenómenos de ondas de coro observados en Marte siguen los mismos procesos físicos fundamentales que los de la magnetosfera de la Tierra. Este estudio confirmó la amplia aplicación del modelo TaRA en la descripción de los extensos procesos físicos de las ondas de coro en condiciones extremas con una diferencia de cinco órdenes en la falta de homogeneidad del campo magnético, lo que confirma la existencia de ondas de coro en Marte y brinda apoyo para la prueba y la aplicación. del modelo TaRA en condiciones extremas.
Proporcionado por la Academia de Ciencias de China