I když pozemští vědci pozorně studují Mars, je to stále tajemné místo.
Jednou z pozoruhodných věcí na Marsu jsou všechny důkazy, jasně viditelné na jeho povrchu, že na něm byla kapalná voda. Nyní je všechna tato voda pryč a ve skutečnosti by kapalná voda nemohla na povrchu Rudé planety přežít. Každopádně ne tak, jak je teď planeta.
V minulosti však mohla obsahovat vodu. Co se stalo?
Mars má nyní jen tenkou atmosféru a tato atmosféra není dostatečně hustá, aby udržela vodu. V minulosti to tedy muselo mít hustší a teplejší atmosféru. A tato atmosféra mohla přetrvat pouze tehdy, kdyby měl Mars také ochrannou magnetosféru.
Astronomové jsou si docela jisti, že Mars ztratil svou magnetosféru asi před 4 miliardami let. A bez ochranné magnetosféry, jakou má Země, měl hvězdný vítr ze Slunce volný přístup k Marsu a jednoduše odstranil jeho atmosféru, navždy ztracený ve vesmíru.
A jakmile se to stalo, Mars byl odsouzen k záhubě. Voda a atmosféra zmizely a Mars se ochladil a vysušil.
Zemská magnetosféra je tvořena dynamem v jádru planety; rotující a konvekční shluk roztaveného železa a niklu. Mars musel mít taky jeden. Je to jediný způsob, jak mohl vytvořit ochrannou magnetosféru, která by jej chránila před Sluncem. Ale Mars je menší než Země a po jeho vzniku se planeta ochladila rychleji než Země. Jakmile se ochladilo, ztratilo své jádro železo/niklové dynamo, pak atmosféru a pak vodu. Chudák Mars.
Ale Mars má stále magnetické pole, i když slabé, a NASA MAVEN Vesmírná sonda (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) to zmapovala. Spíše než globální dynamo magnetické pole jako Země má nyní Mars indukovaná magnetosféra .
Snímek z animace magnetického pole Marsu interagujícího s hvězdným větrem. Zatímco Země má ochrannou globální dynamosféru, Mars je mnohem slabší indukovaná magnetosféra. Poděkování za snímek: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS
MAVEN dorazil na Mars a na oběžnou dráhu kolem planety se dostal v září 2014. Pět let dat z mise vedlo k nové mapě slabého magnetického pole Marsu. Výzkumníci používají tuto mapu, aby pomohli porozumět historii Marsu a tomu, jak ztratil svou atmosféru.
Nový článek prezentuje tato zjištění v časopise Nature Astronomy. List nese název „ Globální současné systémy magnetosféry indukované Marsem .“ Hlavním autorem je Robin Ramstad z University of Colorado, Boulder.
„Tyto proudy hrají zásadní roli ve ztrátě atmosféry, která přeměnila Mars ze světa, který mohl podporovat život, na nehostinnou poušť,“ uvedl hlavní autor Ramstad v dokumentu. tisková zpráva . 'Nyní pracujeme na využití proudů k určení přesného množství energie, která se odebírá ze slunečního větru a pohání únik z atmosféry.'
Marsem indukovaná magnetická síla má jinou příčinu než ta, kterou vytváří dynamo ve středu planety. Je to způsobeno elektromagnetickou interakcí mezi slunečním větrem, což je zmagnetizované proudící plazma, a samotnou nezmagnetizovanou planetou. Proudy produkované touto interakcí dávají podle autorů článku vodítka „do role slunečního větru při napájení ohřevu, úniku a vývoje planetárních atmosfér“.
Magnetické pole Země je docela dobře známé a bylo studováno po celá desetiletí. Ale indukovaná pole jako Mars nejsou. Tato pětiletá studie společnosti MAVEN je dosud nejhloubější studií.
Magnetické čáry na Marsu, vlevo, versus Země, vpravo. Je jasné, které magnetické pole chrání jeho planetu lépe. Obrazový kredit: L: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS. Vpravo: Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1712490
Sluneční vítr je proud nabitých částic, který naráží do všeho kolem Slunce rychlostí téměř milion mil za hodinu, neboli 1,6 milionu kilometrů za hodinu. Interaguje se vším ve sluneční soustavě. Vítr sám o sobě je magnetizovaný, takže ve skutečnosti má potíže s pronikáním do horních vrstev atmosféry nezmagnetizovaného Marsu. Místo toho vytváří proudy v ionosféře. To ve skutečnosti zesiluje magnetické pole a vytváří indukovanou magnetosféru. Teprve nyní, díky této studii, vědci pochopili, jak to všechno funguje.
Když se ionty a elektrony ve slunečním větru srazí s tímto indukovaným magnetickým polem, některé ionty jsou směrovány tak, aby proudily jedním směrem, a některé elektrony jsou směrovány opačně. To tvoří elektrické proudy a ty cestují po planetě, od dne k noci.
Rentgenové a ultrafialové záření ze Slunce zároveň dopadá na horní atmosféru Marsu a část z ní neustále ionizuje. To přemění část horní atmosféry na elektrony a elektricky nabité ionty, které vedou elektřinu.
Obrázek z článku ukazující formativní proudové systémy v magnetosféře indukované Marsem. Proudy generátoru jsou zbarveny modře, zatímco proudy zátěže jsou zbarveny červeně. Obrazový kredit: Ramstad et al, 2020.
Hlavní autor Ramstad to popisuje takto: „Atmosféra Marsu se chová trochu jako kovová koule uzavírající elektrický obvod. Proudy proudí v horních vrstvách atmosféry, přičemž nejsilnější proudové vrstvy přetrvávají ve výšce 120-200 kilometrů (asi 75-125 mil) nad povrchem planety.
MAVEN a další mise již dříve zaznamenaly lokalizované náznaky těchto aktuálních vrstev. Ale teprve teď, po pěti letech, byli vědci schopni zmapovat celý okruh, od jeho vzniku ve slunečním větru až po místo, kde se elektrická energie ukládá v horních vrstvách atmosféry.
Tento snímek pochází z vědecké vizualizace elektrických proudů kolem Marsu. Elektrické proudy (modré a červené šipky) obklopují Mars vnořenou strukturou s dvojitou smyčkou, která nepřetržitě obtéká planetu z její denní strany na její noční stranu. Tyto proudové smyčky deformují magnetické pole slunečního větru (není na obrázku), které se obklopuje kolem Marsu a vytváří indukovanou magnetosféru kolem planety. V tomto procesu proudy elektricky spojují horní atmosféru Marsu a indukovanou magnetosféru se slunečním větrem a přenášejí elektrickou a magnetickou energii generovanou na hranici indukované magnetosféry (slabý vnitřní paraboloid) a při nárazu slunečního větru (slabý vnější paraboloid ). Poděkování: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS/Cindy Starr
Je mimořádně obtížné „vidět“ tyto elektrické proudy ve vesmíru. Ale jedním z přístrojů MAVEN je citlivý magnetometr. Přestože nevidí elektrické proudy, vytvořila 3D mapu magnetických siločar kolem Marsu. Vědci pak byli schopni zmapovat proudy na deformace siločar.
'S jedinou elegantní operací vyskočí síla a dráhy proudů z této mapy magnetického pole,' řekl Ramstad.
Výsledkem je podrobnější pochopení toho, jak přesně Slunce zbavilo Mars jeho atmosféry. Jakmile bylo globální magnetické pole dynama pryč, sluneční vítr vytvořil přímé spojení s horní atmosférou Marsu a vytvořil elektrické proudy. Tyto proudy pak vyhnaly nabité částice v atmosféře do vesmíru.
Autoři článku říkají, že ostatní planety bez magnetosfér mají pravděpodobně stejná indukovaná pole, alespoň na nejvyšší úrovni.
Venuše má indukované magnetické pole jako Mars, i když naše znalosti o něm nejsou tak podrobné jako naše znalosti o Marsu. Autoři této studie tvrdí, že je pravděpodobné, že jsou si podobní, alespoň v širším smyslu. Obrazový kredit: Od Venusian_magnetosphere.jpg: Ruslik0derivative work: Alexparent (talk) – Venusian_magnetosphere.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6435191
'Současné systémy magnetosféry indukované Marsem jsou převážně poháněny magnetosférickým konvektivním elektrickým polem,' píší autoři. 'Tyto výsledky představují typickou konfiguraci na Marsu a v první řadě pravděpodobně také obecně představují konvekcí řízené indukované magnetosféry.' Tato konfigurace však není jedinou možnou konfigurací pro indukované magnetosféry.
Tento proces ztráty atmosféry začal někdy před 4 miliardami let, kdy Mars ztratil své magnetické pole. A děje se to dodnes.
Více:
- Tisková zpráva: MAVEN mapuje elektrické proudy kolem Marsu, které jsou zásadní pro ztrátu atmosféry
- Výzkumný papír: Globální současné systémy magnetosféry indukované Marsem
- Vesmír dnes: Kdy Mars ztratil své globální magnetické pole?