Астрономия

Cолнечный ветер на протяжении уже миллиардов лет «сдувает» с Марса атмосферу. Этот процесс гораздо более турбулентен и непредсказуем, чем может показаться на первый взгляд. Наконец ученые получили прямые доказательства того, как именно из атмосферы Красной планеты вырываются огромные «облака» кислорода.

Миллиарды лет назад у Марса было солидное магнитное поле, гораздо более плотная атмосфера и жидкая вода на поверхности. Условия там были гораздо более земными, а значит, благоприятными для жизни. Но потом геологическая активность затухла, магнитное поле пропало. В отсутствие защиты атмосфера начала утекать в космос.

Сегодня основной механизм утери кислорода (более 80%) из атмосферы Марса — «побег» супербыстрых (горячих) атомов. Они образуются в верхней атмосфере в два этапа.

Сначала солнечное ультрафиолетовое излучение выбивает электроны, превращая молекулы в положительные ионы. Потом при воссоединении ионов со свободными электронами выделяется энергия, которая разгоняет некоторые из атомов кислорода. И те улетают в космос.

Второй важный механизм — воздействие солнечного ветра, который передает свою энергию частицам в верхних слоях атмосферы, «сдувая» их в космос. Солнечный ветер — поток заряженных частиц (плазма), который постоянно истекает от нашей звезды в окружающее космическое пространство. Во времена молодого Марса, когда этот поток был гораздо мощнее, он играл главную роль в потере атмосферы.

Процесс «сдувания» относительно постоянен, но ученые заметили, что иногда образуются целые «облака» вырвавшихся из атмосферы Марса ионов. Долгое время их природу не могли изучать из-за недостатка данных. Наконец, удалось получить прямые доказательства механизма, образующего эти «облака».

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Science Advances, сопоставили данные аппарата MAVEN (миссия которого недавно завершена) и китайской автоматической межпланетной станции «Тяньвэнь-1». Это позволило ученым одновременно отслеживать, как солнечный ветер ведет себя перед столкновением с атмосферой и как после этого образуются «облака» плазмы.

Оказалось, причина их возникновения — «волны» на границе атмосферы Марса, вызванные солнечным ветром. Их называют неустойчивостями Кельвина — Гельмгольца. Исследователи выявили 16 изолированных и 46 квазипериодических событий образования «облаков» в результате появления таких «волн».

По оценке авторов новой научной работы, в этих событиях в космос вырывается в 10-100 раз больше ионов кислорода (в пересчете на секунду), чем при обычном «сдувании». Примечательно, что волны распределены неравномерно. В основном они возникают на одной стороне планеты. Авторы нового исследования продолжат изучать феномен, чтобы понять, какие условия благоприятны для образования волн и насколько существенен вклад «облаков» в общую потерю атмосферы Марса.

В сентябре 2027 года на орбиту Красной планеты выйдут две автоматические станции Blue и Gold миссии ESCAPADE. Аппараты будут собирать данные о структуре и динамике магнитосферы планеты. Результаты их работы позволят продолжить исследования формирования плазменных «волн» и «облаков».