Ученые поняли, как солнечный ветер унес атмосферу Марса
Солнечный ветер оставил Марс без плотной атмосферы. Ученые знают об этом давно. А как именно происходит этот процесс, в чем заключаются его физические механизмы, разобрались только теперь — благодаря сопоставлению данных двух космических аппаратов. Результаты исследования вышли в журнале Science Advances.
Если по-простому, это похоже на волны на воде, возникающие из-за ветра. Аналогичным образом солнечный ветер «взбивает» границу верхней атмосферы Марса, порождая там крупные волны Кельвина—Гельмгольца.
Источниками утечки марсианской атмосферы служат облака плазмы в ее верхних слоях. Ранее выдвигалось несколько гипотез о природе этих облаков, но их происхождение оставалось неясным — прямых наблюдательных подтверждений не хватало, пояснил ведущий автор работы Чжан Чи из Центра космической физики Бостонского университета. Сложность в том, что нет такого зонда, который мог бы одновременно замерять и невозмущенный солнечный ветер вдалеке от планеты, и утекающие ионы вблизи нее.
В своем предыдущем исследовании Чжан с соавторами показал, что синхронные наблюдения с «Тяньвэнь-1» (который фиксировал солнечный ветер) и MAVEN (наблюдал утечку ионов) позволяют напрямую увязать изменения в солнечном ветре с откликом марсианского околопланетного пространства. В новой работе представлены убедительные доказательства, что плазменные облака в ионосфере рождаются именно волнами Кельвина–Гельмгольца. Это следствие неустойчивости Кельвина–Гельмгольца на границе двух сред между легкими протонами солнечного ветра и тяжелыми ионами воздуха.
Более того, исследователи обнаружили выраженную асимметрию этого процесса. «Он наблюдается в основном с одной стороны Марса, в зависимости от направления электрического поля солнечного ветра», — уточнил Чжан.
«В будущих работах мы рассчитываем выяснить, какие условия благоприятствуют зарождению и развитию волн Кельвина–Гельмгольца, а также количественно оценить их вклад в утечку марсианской атмосферы», — поделился ученый.
Поскольку миссия MAVEN вступает в завершающую стадию, «ее богатое научное наследие продолжит миссия NASA ESCAPADE, которая уже стартовала и откроет важные новые возможности для изучения атмосферных потерь на Марсе под действием солнечного ветра», добавил он.
«Важно понять, когда такие волны возникают с наибольшей вероятностью, как они эволюционируют и насколько сильно могут ускорять утечку атмосферы. Этот процесс может происходить и на других планетах без мощного магнитного поля, включая некоторые экзопланеты», — допустил астроном и космофизик Чуаньфэй Дун, соавтор исследования.
«Считается, что когда-то Марс мог быть обитаем — у него была более плотная атмосфера и жидкая вода на поверхности. Понимание, как он превратился в холодную и сухую пустыню, которую мы видим сегодня, — ключ к разгадке эволюции планетных сред в целом», — подытожил Чжан.
