Čeprav znanstveniki Zemljan pozorno preučujejo Mars, je to še vedno skrivnostno mesto.
Ena od presenetljivih stvari na Marsu so vsi dokazi, ki so jasno vidni na njegovi površini, da je skrival tekočo vodo. Zdaj je vsa ta voda izginila in dejansko tekoča voda ne bi mogla preživeti na površini Rdečega planeta. Kakorkoli že, ne takšen kot je planet zdaj.
Toda v preteklosti je lahko vseboval vodo. Kaj se je zgodilo?
Mars ima zdaj le tanko atmosfero in ta atmosfera zdaj ni dovolj gosta, da bi vzdrževala vodo. Torej je v preteklosti moralo imeti gostejše, toplejše ozračje. In to ozračje bi lahko vztrajalo le, če bi imel Mars tudi zaščitno magnetosfero.
Astronomi so precej prepričani, da je Mars izgubil svojo magnetosfero pred približno 4 milijardami let. In brez zaščitne magnetosfere, kot jo ima Zemlja, je imel zvezdni veter s Sonca prost dostop do Marsa in preprosto odstranil njegovo atmosfero, za vedno izgubljeno v vesolju.
In ko se je to zgodilo, je bil Mars obsojen. Voda in atmosfera sta izginila, Mars pa je postal hladen in suh.
Zemljino magnetosfero ustvari dinamo v jedru planeta; vrteča se in konvektivna kepa staljenega železa in niklja. Verjetno ga je imel tudi Mars. To je edini način, da bi lahko ustvaril zaščitno magnetosfero, da bi jo zaščitil pred soncem. Toda Mars je manjši od Zemlje in po nastanku se je planet ohladil hitreje kot Zemlja. Ko se je ohladil, je izgubil jedro železo/nikljev dinamo, nato svojo atmosfero in nato vodo. Ubogi Mars.
Toda Mars ima še vedno magnetno polje, čeprav šibko, in Nasino polje MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) ga je preslikalo vesoljsko plovilo. Namesto globalnega dinamo magnetnega polja, kot je Zemljino, ima Mars zdaj inducirana magnetosfera .
Slika iz animacije Marsovega magnetnega polja v interakciji z zvezdnim vetrom. Medtem ko ima Zemlja zaščitno globalno dinamo magnetosfero, je Mars veliko šibkejšo inducirano magnetosfero. Zasluge za sliko: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS
MAVEN je prispel na Mars in odšel v orbito okoli planeta septembra 2014. Pet let podatkov iz misije je pripeljalo do novega zemljevida Marsovega šibkega magnetnega polja. Raziskovalci uporabljajo ta zemljevid za pomoč pri razumevanju Marsove zgodovine in kako je izgubil atmosfero.
Nov članek predstavlja te ugotovitve v reviji Nature Astronomy. Članek ima naslov » Globalni tokovni sistemi Marsove inducirane magnetosfere .” Glavni avtor je Robin Ramstad z Univerze v Koloradu, Boulder.
'Ti tokovi igrajo temeljno vlogo pri izgubi atmosfere, ki je Mars spremenila iz sveta, ki bi lahko podpiral življenje, v negostoljubno puščavo,' je dejal glavni avtor Ramstad v izjava za javnost . 'Trenutno delamo na uporabi tokov za določitev natančne količine energije, ki jo črpa sončni veter in poganja atmosferski pobeg.'
Mars induciran magnet ima drugačen vzrok kot tisti, ki ga ustvari dinamo v središču planeta. Povzroča ga elektromagnetna interakcija med sončnim vetrom, ki je magnetizirana tekoča plazma, in samim nemagnetiziranim planetom. Tokovi, ki nastanejo pri tej interakciji, dajejo namige o 'vlogi sončnega vetra pri napajanju, pobegu in razvoju planetarnih atmosfer,' pravijo avtorji članka.
Zemljino magnetno polje je precej dobro razumljeno in preučeno že desetletja. Toda inducirana polja, kot je Mars, niso. Ta petletna študija MAVEN je najbolj poglobljena študija doslej.
Magnetne črte na Marsu, levo, proti Zemlji, desno. Jasno je, katero magnetno polje bolje ščiti svoj planet. Zasluge slike: L: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS. Desno: javna domena, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1712490
Sončni veter je tok nabitih delcev, ki trči v vse okoli Sonca s skoraj milijon milj na uro ali 1,6 milijona kilometrov na uro. Vzajemno deluje z vsem v sončnem sistemu. Veter je sam po sebi magnetiziran, zato dejansko težko prodre v zgornjo atmosfero nemagnetiziranega Marsa. Namesto tega ustvarja tokove v ionosferi. To dejansko okrepi magnetno polje in ustvari inducirano magnetosfero. Šele zdaj, zahvaljujoč tej študiji, znanstveniki razumejo, kako vse to deluje.
Ko ioni in elektroni v sončnem vetru trčijo v to inducirano magnetno polje, so nekateri ioni usmerjeni v enosmerni tok, nekateri elektroni pa so usmerjeni v nasprotno smer. To tvori električne tokove, ki potujejo po planetu, od dnevne do nočne strani.
Hkrati rentgensko in ultravijolično sevanje Sonca prizadene zgornjo Marsovo atmosfero in nekaj od tega nenehno ionizira. To spremeni del zgornje atmosfere v elektrone in električno nabite ione, ki prevajajo elektriko.
Slika iz papirja, ki prikazuje formativne tokovne sisteme v magnetosferi, ki jo povzroča Mars. Generatorski tokovi so obarvani modro, obremenitveni tokovi pa rdeče. Zasluge za sliko: Ramstad et al, 2020.
Glavni avtor Ramstad to opisuje takole: »Marsova atmosfera se obnaša nekoliko kot kovinska krogla, ki zapira električni krog. Tokovi tečejo v zgornji atmosferi, pri čemer najmočnejše tokovne plasti vztrajajo na 120-200 kilometrih (približno 75-125 milj) nad površino planeta.'
MAVEN in druge misije so že videli lokalizirane namige teh trenutnih plasti. Toda šele zdaj, po petih letih, so znanstveniki uspeli preslikati celoten krog, od njegovega nastanka v sončnem vetru, do mesta, kjer se električna energija odlaga v zgornji atmosferi.
Ta slika je iz znanstvene vizualizacije električnih tokov okoli Marsa. Električni tokovi (modre in rdeče puščice) ovijejo Mars v ugnezdeno strukturo z dvojno zanko, ki se neprekinjeno ovija okoli planeta od njegove dnevne do nočne strani. Te tokovne zanke izkrivljajo magnetno polje sončnega vetra (ni na sliki), ki se vije okoli Marsa in ustvari inducirano magnetosfero okoli planeta. Pri tem tokovi električno povezujejo Marsovo zgornjo atmosfero in inducirano magnetosfero s sončnim vetrom, prenašajo električno in magnetno energijo, ustvarjeno na meji inducirane magnetosfere (šibek notranji paraboloid) in na udaru premca sončnega vetra (šibki zunanji paraboloid). ). Zasluge: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS/Cindy Starr
Izjemno težko je 'videti' te električne tokove v vesolju. Toda eden od MAVEN-ovih instrumentov je občutljiv magnetometer. Čeprav ne vidi električnih tokov, je ustvaril 3D zemljevid linij magnetnega polja okoli Marsa. Znanstveniki so nato lahko preslikali tokove na popačenja v poljskih linijah.
'Z eno samo elegantno operacijo moč in poti tokov izstopijo iz tega zemljevida magnetnega polja,' je dejal Ramstad.
Rezultat je podrobnejše razumevanje, kako natančno je Sonce odstranilo Mars atmosfero. Ko je globalno magnetno polje dinamo izginilo, je sončni veter ustvaril neposredno povezavo z zgornjo atmosfero Marsa in ustvaril električne tokove. Ti tokovi so nato odgnali nabite delce v atmosferi v vesolje.
Avtorji prispevka pravijo, da imajo drugi planeti brez magnetosfer verjetno enaka inducirana polja, vsaj na najvišji ravni.
Venera ima inducirano magnetno polje, kot je Mars, čeprav naše znanje o tem ni tako podrobno kot naše znanje o Marsu. Avtorji te študije pravijo, da je verjetno, da sta si podobna, vsaj v širšem smislu. Zasluge slike: Avtor Venusian_magnetosphere.jpg: Ruslik0derivativno delo: Alexparent (pogovor) – Venusian_magnetosphere.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6435191
'Trenutne sisteme Marsove inducirane magnetosfere večinoma poganja magnetosfersko konvektivno električno polje,' pišejo avtorji. 'Ti rezultati predstavljajo tipično konfiguracijo na Marsu in v prvem redu verjetno predstavljajo tudi konvekcijsko poganjane magnetosfere na splošno. Vendar ta konfiguracija ni edina možna konfiguracija za inducirane magnetosfere.'
Ta proces atmosferske izgube se je začel pred približno 4 milijardami let, ko je Mars izgubil svoje magnetno polje. In to se dogaja še danes.
Več:
- Izjava za javnost: MAVEN preslika električne tokove okoli Marsa, ki so temeljni za atmosfersko izgubo
- Raziskovalna naloga: Globalni tokovni sistemi Marsove inducirane magnetosfere
- Vesolje danes: Kdaj je Mars izgubil svoje globalno magnetno polje?