Несмотря на то, что земные ученые пристально изучают Марс, это все еще таинственное место.
Одна из самых поразительных особенностей Марса - это все отчетливо видимые на его поверхности свидетельства того, что он содержал жидкую воду. Теперь вся эта вода исчезла. Фактически, жидкая вода не могла сохраниться на поверхности Красной планеты. Во всяком случае, не на такой планете, которую мы видим сейчас.
Но в прошлом на Марсе была вода. Что же случилось?
Сейчас у Марса тонкая атмосфера, и эта атмосфера недостаточно плотна, чтобы поддерживать воду. Значит, в прошлом здесь была более плотная и теплая атмосфера. И эта атмосфера могла бы сохраниться только в том случае, если бы у Марса также была защитная магнитосфера.
Астрономы почти уверены, что Марс потерял свою магнитосферу около 4 миллиардов лет назад. А без защитной магнитосферы, как у Земли, звездный ветер с Солнца имел свободный доступ к Марсу и просто лишил его атмосферы, навсегда потерянной в космосе.
И как только это случилось, Марс был обречен. Вода и атмосфера исчезли, и Марс стал холодным и сухим.
Магнитосфера Земли создается динамо в центре планеты; вращающийся и конвективный сгусток расплавленного железа и никеля. У Марса, должно быть, тоже был такой. Это единственный способ, которым он мог бы создать защитную магнитосферу, чтобы защититься от Солнца. Но Марс меньше Земли, и после его образования планета остыла быстрее, чем Земля. После того, как он остыл, он потерял свое основную железо-никелевое динамо, затем свою атмосферу, затем свою воду.
Но у Марса все еще есть магнитное поле, хотя и слабое, и космический аппарат NASA MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) картировал его. Вместо глобального динамического магнитного поля, подобного земному, Марс теперь имеет индуцированную магнитосферу.
MAVEN вышел на орбиту вокруг Марса в сентябре 2014 года. Пять лет данных из миссии привели к новой карте слабого магнитного поля Марса. Исследователи используют эту карту, чтобы понять историю Марса и то, как он потерял свою атмосферу.
Новая статья представляет эти результаты в журнале Nature Astronomy. Статья называется "Системы глобального течения марсианской индуцированной магнитосферы". Ведущий автор - Робин Рамстад из Университета Колорадо, Боулдер.
"Эти потоки играют главную роль в потере атмосферы, которая превратила Марс из планеты полной жизни в безжизненную пустыню”, - говорят авторы. “Сейчас мы работаем над использованием токов для определения точного количества энергии, получаемой от солнечного ветра и способствующей выбросу в атмосферу”.
Магнитная индукция Марса имеет другую причину, чем та, которая создается динамо в центре планеты. Это вызвано электромагнитным взаимодействием между солнечным ветром, который представляет собой намагниченную текущую плазму, и самой немагнитной планетой. Токи, производимые этим взаимодействием, дают ключ к пониманию “роли солнечного ветра в обеспечении нагрева, выхода и развития планетарных атмосфер”, по мнению авторов статьи.
Магнитное поле Земли довольно хорошо изучено и изучается в течение десятилетий. Но индуцированные поля, подобные марсианским, - нет. Это пятилетнее исследование MAVEN является самым глубоким исследованием до сих пор.
Солнечный ветер - это поток заряженных частиц, который врезается во все вокруг Солнца со скоростью почти 1,6 миллиона километров в час. Он взаимодействует со всем в Солнечной системе. Сам ветер намагничен, поэтому ему действительно трудно проникнуть в верхние слои атмосферы немагнитного Марса. Вместо этого он создает токи в ионосфере. Это фактически усиливает магнитное поле, производя индуцированную магнитосферу. И только теперь, благодаря этому исследованию, ученые понимают, как все это работает.
Когда ионы и электроны в солнечном ветре сталкиваются с этим индуцированным магнитным полем, некоторые ионы направляются в одну сторону, а некоторые электроны направляются в противоположную сторону. Это формирует электрические токи, и они путешествуют вокруг планеты, от дневной стороны до темной стороны.
В то же время рентгеновское и ультрафиолетовое излучение солнца проникает в верхние слои атмосферы Марса, постоянно ионизируя часть ее. Это превращает часть верхней атмосферы в электроны и электрически заряженные ионы, которые проводят электричество.
Рамстад описывает это так: "Атмосфера Марса ведет себя как металлическая сфера, замыкающая электрическую цепь. Токи протекают в верхних слоях атмосферы, причем самые сильные токовые слои сохраняются на 120-200 километрах над поверхностью планеты”.
MAVEN и другие миссии уже видели намеки на эти слои. Но только теперь, спустя пять лет, ученые смогли составить карту всей цепи, от ее генерации на солнечном ветре, до того, где электрическая энергия откладывается в верхних слоях атмосферы.
Чрезвычайно трудно “увидеть" эти электрические токи в пространстве. Но одним из инструментов MAVEN является чувствительный магнитометр. Хотя он не может видеть электрические токи, он создал 3D-карту линий магнитного поля вокруг Марса. Затем ученые смогли построить карту токов по искажениям в линиях поля.
“С помощью одной элегантной операции сила и траектории токов выскакивают из этой карты магнитного поля", - сказал Рамстад.
Результатом является более детальное понимание того, как именно Солнце лишило Марс его атмосферы. Как только глобальное Динамо-магнитное поле исчезло, солнечный ветер образовал прямую связь с верхней атмосферой Марса, создавая электрические токи. Эти токи затем вытеснили заряженные частицы в атмосфере в космос.
Авторы статьи говорят, что другие планеты без магнитосфер, вероятно, имеют те же самые индуцированные поля, по крайней мере на верхнем уровне.
"Современные системы индуцированной марсианской магнитосферы преимущественно приводятся в действие магнитосферным конвективным электрическим полем", - пишут авторы. "Эти результаты представляют типичную конфигурацию на Марсе и, возможно, в первом порядке также представляют индуцированные конвекцией магнитосферы в целом. Эта конфигурация, однако, не единственная возможная конфигурация для индуцированных магнитосфер”.
Этот процесс атмосферных потерь начался примерно 4 миллиарда лет назад, когда Марс потерял свое магнитное поле. И это все еще происходит сегодня.
Читайте также: Мощный телескоп подтверждает, что вокруг Проксима Центавра вращается планета размером с Землю
Ставь лайк! Подписывайся! Делись статьей с друзьями!