Спустя пять лет после того, как космический аппарат НАСА MAVEN вышел на орбиту вокруг Марса, данные миссии привели к созданию карты электрических токов в атмосфере Марса.
«Эти течения играют фундаментальную роль в потере атмосферы, которая превратила Марс из мира, который мог бы поддерживать жизнь, в негостеприимную пустыню», - сказал физик-экспериментатор Робин Рамстад из Университета Колорадо в Боулдере. «В настоящее время мы работаем над использованием токов, чтобы определить точное количество энергии, получаемой от солнечного ветра и способствующей выбросу в атмосферу». Рамстад является ведущим автором статьи об этом исследовании, опубликованной 25 мая в журнале Nature Astronomy.
У Земли тоже есть такие современные системы: мы можем даже увидеть их в виде ярких световых вспышек на ночном небе вблизи полярных областей, известных как полярное сияние, или северное и южное сияние. Полярные сияния Земли тесно связаны с токами, генерируемыми взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром, которые текут по вертикальным линиям магнитного поля в атмосферу, концентрируясь в полярных регионах. Однако изучение потока электричества за тысячи километров от нас рассказывает лишь часть истории о ситуации на Марсе. Разница заключается в соответствующих магнитных полях планеты, потому что, в то время как магнетизм Земли исходит изнутри планеты, Марс этого не делает.
Магнетизм Земли образуется из ее ядра, где расплавленное, электропроводящее железо течет под земной корой. Наше магнитное поле является глобальным, то есть оно окружает всю планету. Поскольку Марс - это каменистая планета земного типа, подобная Земле, можно предположить, что там действует та же магнитная парадигма. Однако Марс не создает магнитное поле само по себе, за исключением относительно небольших участков намагниченной коры. Что-то отличное от того, что мы наблюдаем на Земле, должно происходить на Красной Планете.
Что происходит над Марсом?
Солнечный ветер, состоящий в основном из электрически заряженных электронов и протонов, постоянно дует от Солнца со скоростью около миллиона километров в час. Он обтекает и взаимодействует с объектами в нашей Солнечной системы. Солнечный ветер также намагничен, и это магнитное поле не может легко проникнуть в верхние слои атмосферы немагнитных планет, таких как Марс. Вместо этого токи, которые он индуцирует в ионосфере планеты, вызывают накопление и усиление магнитного поля, создавая так называемую индуцированную магнитосферу. Как солнечный ветер питает эту индуцированную магнитосферу на Марсе, до сих пор не совсем понятно.
Когда ионы и электроны солнечного ветра врезаются в это более сильное индуцированное магнитное поле вблизи Марса, они вынуждены разлетаться из-за своего противоположного электрического заряда. Некоторые ионы текут в одном направлении, некоторые электроны - в другом, образуя электрические токи, которые тянутся от дневной до ночной стороны планеты. В то же время солнечные рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение постоянно ионизируют часть верхней атмосферы Марса, превращая ее в комбинацию электронов и электрически заряженных ионов, способных проводить электричество.
«Атмосфера Марса ведет себя как металлическая сфера, замыкающая электрическую цепь», - сказал Рамстад. «Течения протекают в верхних слоях атмосферы, причем самые сильные токовые слои сохраняются на высоте 120-200 километрах над поверхностью планеты». MAVEN и предыдущие миссии видели локализованные намеки на эти текущие слои раньше, но они никогда раньше не были в состоянии отобразить полную схему, начиная с ее генерации в солнечном ветре, где электрическая энергия осаждается в верхних слоях атмосферы.
Непосредственно обнаружить эти токи в космосе чрезвычайно сложно. К счастью, токи искажают магнитные поля в солнечном ветре, обнаруживаемые чувствительным магнитометром MAVEN. Команда использовала MAVEN для отображения структуры магнитного поля вокруг Марса в трех измерениях и рассчитала токи непосредственно по их искажениям структуры магнитного поля.
«С помощью одной изящной операции сила и пути токов появляются из этой карты магнитного поля», - сказал Рамстад.
Судьба Красной планеты
Без глобального магнитного поля, окружающего Марс, токи, возникающие в солнечном ветре, могут образовывать прямую электрическую связь с верхней атмосферой Марса. Токи преобразуют энергию солнечного ветра в магнитные и электрические поля, которые ускоряют движение заряженных атмосферных частиц в космос, приводя к потере атмосферы. Новые результаты обнаруживают несколько неожиданных особенностей, которые дают понимание атмосферных потерь: энергия, которая управляет этой потерей, по-видимому, берется из гораздо большего объема, чем часто предполагалось.
Вызванные солнечным ветром атмосферные потери были активны в течение миллиардов лет и способствовали превращению Марса из теплой и влажной планеты, которая могла бы содержать жизнь, в огромную холодную пустыню. MAVEN продолжит исследовать, как работает этот процесс и сколько атмосферы планеты было потеряно.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20200527143504
