MAVEN заметил распыление атмосферы на Марсе

Данные зонда MAVEN подтвердили механизм атмосферного распыления на Марсе. Это означает, что механизм активен в наши дни, хотя для современного Марса основными каналами атмосферных потерь считаются фотохимические процессы и утечка Джинса. Также авторы статьи, опубликованной в журнале Science Advances, считают, что атмосферное распыление могло быть основным каналом потери атмосферы для древнего Марса.

Если у планеты нет заметного собственного магнитного поля, то в ходе взаимодействия солнечного ветра и межпланетного магнитного поля будет создаваться подвижное электрическое поле солнечного ветра. Оно будет ускорять тяжелые ионы, возникающие в ходе столкновений частиц солнечного ветра с нейтральными атомами и молекулами в верхней атмосфере планеты. Ускоренные ионы, в свою очередь, могут либо покинуть атмосферу, либо проникнуть глубже в нее, вновь сталкиваясь с нейтральными частицами и передавая им дополнительную энергию, которая может обеспечить частицам убегание из атмосферы. Этот механизм нетепловой природы потери атмосферы у планет называют атмосферным распылением.

В случае Марса такой механизм еще не наблюдался на практике, однако был предсказан теоретически. Более того, если для современного Марса основными каналами атмосферных потерь считаются фотохимические процессы и утечка Джинса, то для древнего Марса (миллиарды лет назад) именно распыление могло быть доминирующим механизмом потери атмосферы, так Солнце было более активным и генерировало больше ультрафиолетового излучения, что крайне интересно в контексте понимания того, как Марс потерял запасы поверхностной жидкой воды.

Группа планетологов во главе с Шеннон Карри (Shannon Curry) из Колорадского университета в Боулдере сообщила о первом наблюдении механизма атмосферного распыления на Марсе при помощи зонда MAVEN, работающего на околомарсианской орбите. Исследователи проанализировали одновременные наблюдения за электрическими полями вблизи Марса, параметры солнечного ветра и содержание аргона-40 (побочный продукт атмосферного распыления) на высотах от 200 до 400 километров за период с 2014 по 2024 год. Эти данные сравнили с моделями динамики плазмы и электромагнитных полей на Марсе с учетом солнечного ветра и межпланетных полей, а также провели три статистических теста для подтверждения.

Ученые определили, что содержание аргона-40 на высотах от 350 до 400 километров заметно отличается от содержания аргона-40 на более низких высотах, и эти различия объясняются разными популяциями частиц. На больших высотах плотность аргона-40 меняется в зависимости от ориентации электрического поля солнечного ветра, тогда как на более низких высотах плотность аргона-40 остается постоянной. При этом, на больших высотах наблюдается заметная убыль более легких изотопов аргона, что тоже предсказывается моделью атмосферного распыления. Однако при этом скорость генерации аргона-40 в 4,4 раза больше, чем в модели, что связывается с недоучетом изменчивости свойств потока реального солнечного ветра. Кроме того, было замечено явное усиление процесса распыления в январе 2016 года, когда к Марсу прибыл межпланетный корональный выброс массы, а электрическое поле солнечного ветра увеличилось почти в восемь раз, что дополняет картину атмосферного распыления на планете.

Изначально MAVEN должен был проработать всего два года, однако проработал уже более 10 лет, наблюдая за атмосферой Марса. Именно он увидел протонные полярные сияния на Марсе и обнаружил слои из ионов металлов в атмосфере.