Jak wiatr słoneczny wpływa na utratę atmosfery Marsa
Atmosfera Marsa stopniowo traci jony pod wpływem oddziaływania wiatru słonecznego. Naukowcy wykazali, że kluczową rolę w tym procesie odgrywają fale Kelvina-Helmholtza.
Jak wiatr słoneczny oddziałuje na Marsa
Słońce nieustannie emituje strumień wysokoenergetycznych naładowanych cząstek, znany jako wiatr słoneczny. W przeciwieństwie do Ziemi Mars nie posiada silnego pola magnetycznego, które chroniłoby jego atmosferę przed jego wpływem. W rezultacie wiatr słoneczny może bezpośrednio oddziaływać na górne warstwy atmosfery Marsa i stopniowo wywiewać z niej cząstki w przestrzeń kosmiczną.
Atmosfera Marsa i fale Kelvina-Helmholtza
W ramach nowego badania naukowcy z Boston University wykazali, że proces ten może przebiegać podobnie jak oddziaływanie wiatru na powierzchnię wody. Na Ziemi wiatr tworzy na niej fale i wiry. Na Marsie wiatr słoneczny może w podobny sposób wzburzać górne warstwy atmosfery, tworząc fale znane jako fale Kelvina-Helmholtza. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Science Advances”.
MAVEN i Tianwen-1 obserwowały wiatr słoneczny i jony atmosferyczne
Astronomowie wykorzystali dane pozyskane w czasie misji MAVEN i Tianwen-1. Tianwen-1 prowadziła pomiary wiatru słonecznego, natomiast MAVEN obserwowała jony atmosferyczne uciekające z okolic Marsa, co pozwoliło badaczom bezpośrednio powiązać rzeczywiste warunki wiatru słonecznego z ucieczką jonów atmosferycznych z planety.
Jak wskazują badacze, duże obłoki plazmy w górnych warstwach atmosfery Marsa sprzyjają „masowej ucieczce” jonów atmosferycznych. Wcześniej zaproponowano już kilka mechanizmów wyjaśniających powstawanie tych obłoków, jednak ich pochodzenie pozostawało niejasne, ponieważ brakowało bezpośrednich dowodów obserwacyjnych.
Dwa statki kosmiczne pozwoliły odkryć źródło zjawiska
Głównym wyzwaniem w badaniu związku między wiatrem słonecznym a ucieczką atmosfery Marsa było, zdaniem naukowców, to, że pojedynczy pojazd kosmiczny nie mógł jednocześnie mierzyć niezakłóconego wiatru słonecznego przed planetą oraz uciekających jonów atmosferycznych w jej pobliżu. We wcześniejszym badaniu astronomowie wykazali, że jednoczesne obserwacje z MAVEN i Tianwen-1 mogą pozwolić bezpośrednio powiązać zmiany w wietrze słonecznym docierającym do Marsa z procesami zachodzącymi w jego otoczeniu kosmicznym. Bazując na danych z dwóch statków kosmicznych, nowe badanie wskazało fale Kelvina-Helmholtza jako kluczowy mechanizm napędzający ucieczkę jonów atmosferycznych.
Fale Kelvina-Helmholtza zwiększają ucieczkę jonów
Badacze przedstawili jednoznaczne dowody na to, że obłoki plazmy są generowane przez fale Kelvina-Helmholtza. Wykazali również, że proces ten nie zachodzi równomiernie wokół całej planety. Zamiast tego był obserwowany głównie po jednej stronie planety, zależnie od kierunku pola elektrycznego wiatru słonecznego. Wyniki te po raz pierwszy bezpośrednio powiązały fale te ze zwiększoną ucieczką jonów atmosferycznych z Marsa.
Mechanizm może działać także na innych planetach
W czasie przyszłych badań astronomowie będą chcieli lepiej zrozumieć, kiedy fale te najczęściej się tworzą, jak ewoluują i jak silnie mogą napędzać ucieczkę atmosfery, ponieważ proces ten może zachodzić również na innych planetach pozbawionych silnego pola magnetycznego, w tym na niektórych egzoplanetach.
Naukowcy uważają, że Mars był kiedyś potencjalnie planetą nadającą się do zamieszkania, z gęstszą atmosferą i ciekłą wodą obecną na jego powierzchni. Zrozumienie przez badaczy, w jaki sposób stał się zimnym i suchym światem, który obserwujemy obecnie, ma kluczowe znaczenie dla poznania ewolucji środowisk planetarnych w czasie.
Emil Gołoś
