Sonda MAVEN pracuje na orbicie Marsa od 2014 roku. Jeden z jej instrumentów – IUVS (Imaging Ultraviolet Spectrometer) – obserwując atmosferę Czerwonej Planety w zakresie ultrafioletu zauważył, że co jakiś czas niebo nad połową Marsa jaśnieje. Działo się tak zawsze nad półkulą zwróconą ku Słońcu, co kazało szukać wyjaśnienia zagadkowego zjawiska w relacjach marsjańsko-słonecznych. Naukowcy od razu zaczęli podejrzewać, że mają do czynienia z zorzą.

Podobne zjawiska widzieli już wcześniej na Marsie, niemniej tylko nad fragmentami planety i zawsze po jej nocnej stronie. Dla pewności sprawdzili więc dane z innego przyrządu sondy MAVEN – SWIA (Solar Wind Ion Analyzer). Informował on o intensywności wiatru słonecznego, czyli strumienia protonów i elektronów wysyłanych non stop przez najbliższą nam gwiazdę. To właśnie wiatr słonecznym oddziałując na atmosferę wywołuje zorze. Porównanie obserwacji z obydwu przyrządów potwierdziło oczekiwaną zależność: zorze pojawiały się wtedy, gdy aktywność Słońca była większa. A konkretniej: gdy wyraźnie większy był strumień protonów. I tu coś przestało się zgadzać.

Protony są cząstkami elektrycznie naładowanymi (dodatnio). By dotrzeć do gęstszych warstw atmosfery, gdzie MAVEN obserwował zorze, musiałyby jakimś cudem przedostać się przez marsjańską jonosferę. Ta, niczym planetarne pole siłowe, odchyla ruch wszelkich naładowanych cząstek wiatru słonecznego i kieruje je na trajektorię wokół Marsa. W jaki sposób protony zmieniły czekający ich los? Odpowiedź przynosi opublikowana właśnie praca, której pierwszym autorem jest Justin Deighan z Uniwersytetu Kolorado w Boulder. Według autorów protony pokonują barierę jonosfery jako cząstki elektrycznie neutralne, a stają się nimi… kradnąc.

Do kradzieży dochodzi w najbardziej zewnętrznej części marsjańskiej atmosfery. Wypełnia ją wodór, który jako pierwszy staje na drodze protonów przybywających ze Słońca. W czasie spotkania, proton zabiera wodorowi elektron i staje się tzw. atomem neutralnym. (Dodatni ładunek protonu jest neutralizowany ujemnym ładunkiem elektronu.) Co ważne, atomy neutralne są dla jonosfery niewidzialne, przenikają przez nią bez najmniejszego problemu. Pędzą więc dalej ku powierzchni Marsa i zwalniają dopiero, gdy napotykają opór gęstniejącej atmosfery. Energia wyzwalana w czasie wyhamowywania, jest emitowana jako strumień fotonów. Nad Czerwoną Planetą pojawia się ultrafioletowa zorza. Taka, jaką zobaczyła sonda MAVEN.

Artykuł opisujący odkrycie: Deighan i in. 2018. Discovery of a proton aurora at Mars. Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-018-0538-5.