Спустя пять лет после выхода на орбиту вокруг Марса космического аппарата MAVEN учёные составили карту систем электрических токов в атмосфере Красной планеты, опираясь на данные, собранные миссией.
"Эти токи играют фундаментальную роль в потере атмосферы, которая превратила Марс из потенциально пригодного для жизни мира в негостеприимную пустыню, - говорит физик-экспериментатор Робин Рамстад из Университета Колорадо. - В настоящее время мы изучаем эти токи, чтобы более точно определить количество энергии, получаемой от солнечного ветра и способствующей истончению атмосферы".
Рамстад является ведущим автором статьи об этом исследовании, опубликованной 25 мая в журнале Nature Astronomy.
Наша Земля тоже имеет подобные системы токов, мы даже можем наблюдать их в виде красочных световых переливов в ночном небе вблизи полярных регионов, это явление известно как северное и южное полярное сияние.
Полярные сияния тесно связаны с токами, создаваемыми при взаимодействии магнитного поля Земли с солнечным ветром, которые текут по вертикальным линиям магнитного поля в атмосфере, концентрируясь в полярных регионах.
Однако изучение потоков электричества за тысячи километров над нами может лишь частично объяснить ситуацию на Марсе.
Разница заключается в соответствующих магнитных полях планет, поскольку магнетизм Земли исходит изнутри, а у Марса всё иначе.
Планетарные магнитные поля
Магнетизм Земли исходит из её ядра, где под земной корой течёт расплавленное электропроводящее железо. Магнитное поле Земли глобально, то есть оно окружает всю планету.
Поскольку Марс является скалистой планетой земного типа, можно предположить, что там действует подобная магнитная парадигма. Однако Марс не генерирует магнитное поле сам по себе, за исключением относительно небольших участков намагниченной коры.
Поэтому на Красной планете должно происходить нечто отличное от того, что мы наблюдаем на Земле.
Что происходит на Марсе?
Солнечный ветер, состоящий в основном из электрически заряженных электронов и протонов, постоянно исходит от Солнца со скоростью более миллиона километров в час. Он обтекает объекты в нашей Солнечной системе и взаимодействует с ними.
Солнечный ветер намагничен, и его магнитное поле не может легко проникнуть в верхние слои атмосферы планет, лишённых магнитного поля, таких как Марс.
Вместо этого токи, которые индуцируются солнечным ветром в ионосфере планеты, вызывают накопление и усиление магнитного поля, создавая так называемую индуцированную магнитосферу.
Каким образом солнечный ветер поддерживает 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 вокруг Марса, противоположные электрические заряды вынуждают их разлетаться.
Некоторые ионы текут в одном направлении, а некоторые электроны - в другом, образуя электрические токи, которые простираются от дневной до ночной стороны планеты.
В то же время рентгеновское и ультрафиолетовое излучение Солнца постоянно ионизирует часть верхней атмосферы Марса, превращая её в комбинацию электронов и электрически заряженных ионов, способных проводить электричество.
"Атмосфера Марса ведёт себя подобно металлической сфере, замыкающей электрическую цепь, - объясняет Рамстад. - Токи проходят в верхних слоях атмосферы, причём самые сильные токи находятся на высоте 120-200 километров над поверхностью планеты".
Марсианский аппарат MAVEN, а также предыдущие спутники, неоднократно фиксировали намёки на токи в этих слоях, но они не могли отобразить всю схему электрических токов от их генерации в солнечном ветре до проникновения и накопления электрической энергии в верхних слоях атмосферы.
Непосредственно обнаружить эти токи в космосе чрезвычайно сложно. К счастью, токи искажают магнитные поля в солнечном ветре, и это фиксируется чувствительным магнитометром спутника MAVEN.
Учёные использовали MAVEN для составления карты структуры магнитного поля вокруг Марса в трёх измерениях и выявления токов по искажениям структуры магнитного поля.
Судьба Красной планеты
Без глобального магнитного поля, окружающего Марс, индуцируемые солнечным ветром токи могут образовывать прямую электрическую связь с верхними слоями атмосферы Марса.
Эти токи преобразуют энергию солнечного ветра в магнитные и электрические поля, которые ускоряют движение заряженных атмосферных частиц, улетающих в космос, приводя к потерям атмосферы.
Новые результаты показывают несколько неожиданных особенностей: энергия, которая управляет истечением атмосферы в космос, судя по всему, имеет большее значение, чем ранее предполагалось.
Потери атмосферы, вызванные солнечным ветром, активно протекали на протяжении миллиардов лет и способствовали превращению Марса из тёплой и влажной планеты, которая могла бы дать приют жизни, в глобальную холодную пустыню.
Спутник MAVEN продолжает изучение этого процесса, чтобы выяснить его особенности, а также, какое количество атмосферы потеряла Красная планета.
Источник: https:// www.nasa.gov/ press-release/ goddard/ 2020/ mars-electric-currents/