Гигантские волны солнечного ветра могли лишить Марс атмосферы

Хотя сегодня Марс представляет собой холодный и враждебный мир, когда-то Красная планета могла быть пригодна для существования жизни в той или иной форме.

В отличие от Земли, Марс лишён сильного магнитного поля, способного защитить его от солнечного ветра. Согласно новому исследованию, поток заряженных частиц Солнца мог постепенно сорвать с планеты атмосферу подобно тому, как ветер скользит по поверхности воды.

В работе, опубликованной в журнале Science Advances, учёные описывают, как солнечный ветер способен возмущать края марсианской атмосферы, порождая огромные волнообразные структуры, которые уносят атмосферные частицы в космос. Новые данные дают дополнительные подсказки о том, как Марс потерял свою атмосферу и как аналогичный процесс мог влиять на эволюцию других планет.

Солнце непрерывно выбрасывает поток заряженных частиц в виде солнечного ветра, который напрямую взаимодействует с атмосферой Марса. Предыдущие исследования показали, что крупные облака плазмы в верхних слоях марсианской атмосферы служат главной причиной массового ухода атмосферных ионов в космос, однако определить их происхождение учёным до сих пор не удавалось.

Чи Чжан, научный сотрудник Центра космической физики Бостонского университета и ведущий автор нового исследования, отметил:

Считается, что когда-то Марс потенциально был обитаемым, с более плотной атмосферой и жидкой водой на поверхности. Понимание того, как он превратился в холодную и сухую планету, которую мы видим сегодня, важно для понимания того, как планетарные среды эволюционируют со временем.

Основная сложность в изучении формирования этих облаков плазмы состоит в том, что ни один космический аппарат не способен одновременно наблюдать невозмущённый солнечный ветер выше по потоку от Марса и измерять уходящие в космос атмосферные ионы. Чтобы обойти это ограничение, авторы работы опирались на наблюдения сразу двух аппаратов, американского MAVEN и китайского "Тяньвэнь-1".

Аппарат Tianwen-1 отслеживал солнечный ветер, тогда как MAVEN наблюдал за уходящими атмосферными ионами вблизи Марса. Используя одновременные измерения обоих аппаратов, исследователи смогли связать изменения приходящего солнечного ветра с условиями вокруг планеты. Выяснилось, что облака плазмы порождаются волнами Кельвина-Гельмгольца, текучими волнообразными структурами, которые формируются в атмосфере из-за сдвига ветра.

На Земле схожий процесс возникает, когда ветер создаёт перекатывающиеся волны и вихри, проносясь над поверхностью воды. В случае марсианской атмосферы солнечный ветер возмущает её край и порождает крупные пограничные волны.

Новое исследование не только выявило волны Кельвина-Гельмгольца как ключевой механизм массового ухода атмосферы Марса, но и показало, что этот процесс происходит неравномерно вокруг планеты.

Чи Чжан пояснил:

Вместо этого он наблюдается в основном на одной стороне планеты, в зависимости от направления электрического поля солнечного ветра. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на выявлении условий, благоприятствующих формированию и росту волн Кельвина-Гельмгольца, а также на определении того, насколько сильно они способствуют уходу атмосферы Марса.

Понимание того, как Марс лишился своей плотной атмосферы, поможет объяснить масштабное преображение, которое пережила планета, прежде чем стать сухой и безжизненной пустыней.

Учёные полагают, что схожий процесс может происходить и на других планетах, лишённых сильного магнитного поля, способного экранировать их от заряженных частиц Солнца.