Studier av Mars jonosfär

Mars jonosfär har ägnats stor uppmärksamhet och studerats flitigt. Förståelsen för fysikaliska och kemiska proceseer har avancerat inte minst på grund av rymdmissioner såsom Viking, Mars Express och MAVEN. Genom
missionerna har forskare bland annat fått ökad insikt i Mars inducerade magneosfär, storskaliga strömsystem, hur magnetiserade delar av ytnära lager påverkar jonosfären, och kring vilka processer som driver den numera
väl kvantifierade atmosfärsflykten. Intressantvis, sett till en omfattande kunskapsutvinningen över relativt kort tid, så har relativt lite förändrats över åtskilliga årtionden vad beträffar synen på Mars grundläggande jon-kemi
och jonisationsbalans. I jämförelse med exempelvis situationen i jordens jonosfär och i jonosfären av Saturnus måne Titan, så är Mars jonkemi relativt enkel. Modellerare behöver i pricnip bara ta ett fåtal reaktioner i beaktande för att releatera den neutrala bakgrundsatmosfären och den infallande joniserande strålningen till de dominerande jonosfärsdragen (höjdprofilen av nummertätheten av elektroner och dominerande jonslag). Ett jonkeminätverk relevant för Venus har betydande överlapp med ett relevant för Mars eftersom båda atmosfärer i hög grad domineras av C O . Till följd av detta kan man säga att den tämligen odramatiska förändringen i synen på Mars jonkemi har gått hand i hand med en nästintill lika odramatisk förändring i synen på Venus jonkemi. En av de historiskt sett viktigaste reaktionerna i respektive jonkeminätverk är den mellan C O (en direkt produkt i fotojonisation av C O ) och atomärt syre, O. Tillsammans med interaktionen mellan O och C O har den antagits central för produktionen av O2+ , som i sin tur är det dominanta jonslaget i såväl Mars som Venus jonosfär. Bara för ett fåtal år sedan visades det experimentellt att reaktionen i fråga sker betydligt mindre effektivt än vad som rapporterats från ett experiment utfört 1970.

Reaktionshastighetskonstanten från det nya experimentet har än så länge inte snappats upp av de mest populära online-baserade databaserna och effekter på modeller återstår att utreda i detalj. Det kan åtminstone sägas att användande av det nya resultatet i en fotokemisk modell råder bot på ett
dilemma avseende elektrontemperaturen, vilken med användning av utdaterad reaktionshastighetskonstant beräknats lägre än den observerade temperaturen av den omgivande neutralgasen. Med den nya konstanten så blir den beräknade elektrontemperaturen inte bara rimlig; den faller också i paritet med temperaturer som beräknats i helt oberoende teoretiska modeller. De oberoende modellerna ger emellertid, vid relativt låga höjder, bilden av betydligt lägre elektrontemperaturer än de som uppskattas utifrån standardmässig analys av Langmuirsondsvep. Det har spekulerats kring anledningar till diskrepansen men situationen kräver vidare studier för att
klargöras. Vidare återstår att utreda ytterligare konskevenser på modellresultat vid användning av den nya reaktionshastighetskoefficienten för reaktionen CO2++ O -> O2++ CO. Är data insamlad i Mars jonosfär generellt konsistent med det nya värdet eller föreligger jämförelsepunkter där
överenstämmelsen snarare gynnas av användandet av det utdaterade värdet? Slutligen har det genom MAVEN-missionen genom mätningar av
CO2++ för första gången bekräftats förekomsten av dubbelt laddade joner i en utomjorlig planetjonosfär. Vi ämnar, genom in situ data från MAVEN och modellering, att uppskatta levnadstiden av CO2++ genetmot spontan dissociation, i förväntan/förhoppning om att finna bevis för metastabila tillstånd med avsevärt längre livstider än de som hittills kunnat bekräftas experimentellt. Om så blir fallet motiveras re-examinering av livstider i moderna experimentella faciliteter som erbjuder överlägsna vakuumförhållanden jämfört med tidigare experiment - i vilka restgaskollisioner kan ha omöjliggjort identifiering av långlivade metastabila tillstånd av dubbeljoniserade molekylära joner.

 

Dnr
2022-00201
Projektledare
Erik Vigren
Institution
Institutet för rymdfysik, IRF
2023
1 123 kkr
2024
1 104 kkr
Totalt beviljat bidrag
2 227 kkr