U svibnju 2024. Zemlju je pogodila najjača solarna oluja u više od 20 godina, toliko snažna da su se polarne svjetlosti vidjele sve do Meksika pa i Hrvatske. No isti val Sunčeve aktivnosti nije stao na našoj orbiti. Pogodio je i Mars, a ondje su ga dočekale dvije letjelice Europske svemirske agencije: Mars Express i ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO). Ono što su zabilježile izgleda kao lekcija iz svemirskog vremena na “crvenom planetu” u realnom vremenu: pogreške u računalima sondi i gornja atmosfera koja se u samo nekoliko sati napunila nabijenim česticama.
Ključni trag došao je s TGO-a, koji nosi monitor zračenja. U samo 64 sata instrument je izmjerio dozu kakvu bi inače skupio kroz 200 “normalnih” dana. Novo istraživanje u časopisu Nature Communications zatim je detaljno rekonstruiralo kako je superoluja preokrenula stanje u marsovskoj ionosferi, sloju atmosfere punom elektrona i iona koji snažno utječe na širenje radio signala. “Učinak je bio zapanjujući: gornja atmosfera Marsa bila je preplavljena elektronima”, kaže Jacob Parrott, istraživač ESA-e i glavni autor studije. “To je najveći odgovor na solarnu oluju koji smo ikad vidjeli na Marsu.”
Dva sloja, jedan ekstreman skok
Podaci pokazuju da se broj elektrona snažno povećao u dva jasno odvojena sloja marsovske atmosfere, na visinama oko 110 i 130 kilometara. U prvom sloju porast je iznosio 45 posto. U drugom je bio dramatičniji: čak 278 posto. Upravo u tom višem sloju znanstvenici su zabilježili najviše elektrona ikad viđeno u toj regiji marsovske atmosfere.
Solarna superoluja nije ostala samo “u zraku”. Parrott opisuje i vrlo praktičnu posljedicu svemirskog vremena: oba orbitera doživjela su računalne pogreške, što je tipičan rizik kad prema letjelicama krenu visokoenergetske čestice koje je teško predvidjeti. Ipak, šteta je ostala pod kontrolom jer su sonde projektirane za takve uvjete. Imaju komponente otporne na zračenje i sustave koji mogu prepoznati greške te ih automatski ispraviti. Letjelice su se, navodi Parrott, brzo oporavile.
Radio signal kao “skener” atmosfere
Da bi shvatili što se točno dogodilo, Parrott i suradnici iskoristili su metodu koju ESA posljednjih godina intenzivno razvija: radio-okultaciju. Princip je jednostavan, ali u praksi iznimno moćan. Mars Express je poslao radio-signal prema TGO-u u trenutku kada je sonda “nestajala” iza marsovskog horizonta. Dok se geometrija linije pogleda mijenjala, signal je prolazio kroz različite slojeve atmosfere i pritom se savijao, odnosno lomio. Taj “otklon” nosi informaciju o gustoći i strukturi slojeva kroz koje prolazi, pa znanstvenici mogu izvući podatke o svakom od njih.
Za dodatnu provjeru gustoće elektrona korištena su i opažanja NASA-ine misije MAVEN, koja već godinama prati interakciju Marsove atmosfere sa Sunčevim vjetrom. Colin Wilson, ESA-in projektni znanstvenik za Mars Express i TGO te suautor studije, podsjeća da se radio-okultacija koristi desetljećima u istraživanju Sunčeva sustava, ali najčešće tako da signal ide od letjelice prema Zemlji. “Tek u posljednjih pet godina počeli smo je koristiti na Marsu između dvije svemirske letjelice, poput Mars Expressa i TGO-a, koje inače te radio-veze koriste za prijenos podataka između orbitera i rovera. Sjajno je vidjeti da metoda ovako dobro radi”, kaže Wilson.
ESA već rutinski koristi radio-okultaciju između satelita u Zemljinoj orbiti, a plan je uvrstiti je češće i u buduće planetarne misije. Marsov slučaj pokazao je zašto: ponekad je to jedini način da se “uhvati” događaj koji traje kratko, ali promijeni sve.
Mars nije Zemlja
Ista superoluja doživljena je vrlo različito na Zemlji i Marsu. Na Zemlji je reakcija gornje atmosfere bila blaža, ponajviše zbog zaštitnog učinka magnetskog polja. Ono velik dio čestica skreće mimo planeta, a dio preusmjerava prema polovima, gdje nastaju polarne svjetlosti. Mars takav štit nema na razini cijelog planeta, pa udar nabijenih čestica i zračenja može izravnije “ući” u atmosferu i snažnije promijeniti njezinu električnu strukturu.
Upravo zato prognoziranje svemirskog vremena nije akademska igra. Na Zemlji solarne oluje mogu biti opasne za astronaute i osjetljivu opremu u svemiru, a mogu remetiti i satelite te sustave na tlu poput elektroenergetske mreže, radijskih veza i navigacije. Ipak, takva mjerenja često ovise o sreći, jer Sunce izbacuje zračenje i materijal neuredno i nepredvidivo, pa je teško “namjestiti” promatranje baš na pravi trenutak.
Ovaj put sreća je bila na strani znanstvenika. Parrott navodi da su novu tehniku s Mars Expressom i TGO-om uspjeli primijeniti samo 10 minuta nakon što je veliki solarni bljesak pogodio Mars. A to je bilo posebno rijetko jer se na Marsu trenutačno rade tek dvije takve opservacije tjedno.
Tim je pratio posljedice triju solarnih događaja, svih dijelova iste oluje, ali različitih po tome što izbacuju u svemir i kako: jedan bljesak zračenja, jedan nalet visokoenergetskih čestica te erupciju materijala poznatu kao koronalni izbačaj mase (CME). Zajedno su prema Marsu poslali brzi, energetski, magnetizirani plazmeni tok i rendgensko zračenje. Kada je taj “pljusak” stigao do gornje atmosfere, sudarao se s neutralnim atomima i “otkidao” im elektrone, čime se regija punila elektronima i drugim nabijenim česticama.
Wilson ističe da rezultati nisu važni samo za razumijevanje jednog dramatičnog događaja, nego i za širu priču o Marsu kao planetu koji je kroz povijest izgubio goleme količine vode i većinu atmosfere u svemir, vjerojatno pod stalnim utjecajem čestičnog vjetra sa Sunca. No postoji i druga, vrlo praktična strana: struktura atmosfere određuje kako se radio-signali šire. Ako je marsovska gornja atmosfera prepuna elektrona, ona može blokirati signale kojima se radarom “gleda” ispod površine. To postaje važan faktor u planiranju misija i može izravno utjecati na to koliko dobro možemo istraživati Mars, ali i druge svjetove na sličan način.
Solarne oluje neće prestati, a Mars nam je upravo pokazao koliko brzo jedan takav udar može promijeniti pravila igre za letjelice, komunikaciju i istraživanje. Ako želimo pouzdano raditi na tuđim planetima, morat ćemo jednako ozbiljno shvatiti vremensku prognozu za Sunce kao što na Zemlji shvaćamo prognozu za oluju na Jadranu.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
