Солнечный ветер не просто выдувает отдельные частицы марсианского воздуха, но взаимодействует с внешней границей атмосферы подобно тому, как обычный земной ветер проносится над поверхностью воды, поднимая волны и образуя завихрения. На Марсе это трение порождает гигантские пограничные структуры, известные как волны Кельвина-Гельмгольца. Они формируют огромные облака плазмы в верхних слоях атмосферы, где и происходит массовый унос ионов.
Астрономы объяснили, как солнечный ветер уносит атмосферу Марса
Магнитное поле Земли надежно защищает нас от потока заряженных частиц, идущих от Солнца. У Марса такой естественный щит отсутствует, поэтому верхние слои его атмосферы остаются беззащитными перед солнечным ветром. Новое исследование объясняет, каким образом этот постоянный поток постепенно выдувает газовую оболочку Красной планеты в открытый космос.
Взаимодействие солнечного ветра и электрического поля. Иллюстрация. Chi Zhang, Boston University
Волна Кельвина-Гельмгольца — это универсальное физическое явление, возникающее на границе раздела двух сред с разной скоростью или плотностью. На Земле явление можно наблюдать, когда возникают барашки на волнах, а в космосе — в атмосферах планет-гигантов и даже во внешних слоях самого Солнца, где сталкиваются потоки плазмы, движущиеся с разной скоростью.
Атмосфера Марса все еще остается достаточно плотной. Вихри в марсианской атмосфере.
Чтобы детально изучить этот процесс, исследователи объединили данные двух космических аппаратов — NASA MAVEN и китайский спутник «Тяньвэнь-1». Китайская станция фиксировала невозмущенный солнечный ветер еще до его контакта с планетой, а MAVEN отслеживал движение улетающих марсианских ионов. Сопоставление этих измерений подтвердило прямое влияние волн на потерю атмосферы. Процесс происходит неравномерно: унос ионов наблюдается преимущественно на одной стороне планеты и напрямую зависит от направления электрического поля солнечного ветра. Работа опубликована в журнале Science Advances.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Тайна утраченного прошлого Красной планеты
Cхематичная иллюстрация нестабильности Кельвина-Гельмгольца (KHI) на границе раздела между протонами магнитной оболочки и планетарными тяжелыми ионами. Протоны с более высокими скоростями в направлении хвоста занимают нижнюю часть, тогда как планетарные тяжелые ионы с меньшими скоростями располагаются в верхней части. Черные стрелки указывают на потоки протонов вблизи границы раздела. Розовая пунктирная линия со стрелкой показывает относительную траекторию аппарата MAVEN, который зафиксировал вызванное KHI выпуклообразное расширение тяжелых ионов, далее именуемое «плазменным облаком». Первая граница облака, с которой столкнулся MAVEN, определяется как нижний край, тогда как граница, на которой MAVEN выходит из облака, определяется как верхний край.
Дальнейшая работа астрономов будет направлена на определение условий, при которых волны Кельвина-Гельмгольца возникают чаще всего и насколько сильный вклад они вносят в потери марсианского воздуха, за который отвечает много разных процессов.
«Считается, что Марс когда-то мог быть потенциально пригодным для жизни, обладал более плотной атмосферой и жидкой водой на поверхности. Понимание того, как он превратился в холодную и сухую планету, которую мы видим сегодня, очень важно для осознания того, как со временем эволюционирует планетная среда», — отмечает соавтор исследования Чи Чжан.
Загружаем