Марс и Солнце: Пузыри в космосе
«TechInsider» продолжает лекции по марсианской истории. В прошлый раз мы рассмотрели древние океаны Красной планеты («Влажный Марс»), теперь займемся атмосферой.
Не так давно ученым удалось получить свидетельства того, что марсианская атмосфера постоянно уносится прочь воздействием солнечного ветра — потока заряженных частиц, на большой скорости несущегося от Солнца. И процесс этот не похож на медленное разрежение, частица за частицей: атмосфера отходит целыми «пузырями», которые отделяются от планеты навсегда и уносятся в глубокий космос. Такой механизм, кстати, проливает свет на некоторые загадки Красной планеты... впрочем, обо всем по порядку.
«Прежде всего, — говорит Дэвид Брейн (David Brain), сообщивший недавно об открытии этого механизма, — теперь можно объяснить, почему атмосфера Марса так разреженна».
Миллиарды лет назад на этой планете было намного больше и воды, и воздуха (заметим, что «воздух» применительно к Марсу означает другую смесь газов, чем на Земле: там это был, в основном, углекислый газ, а не азот с кислородом, как у нас). Атмосфера была достаточно плотной, чтобы не позволять водоемам слишком быстро испаряться в космос — некоторые ученые считают даже, что она была не менее плотной, чем на Земле.
Сегодня Марс безжизнен и сух. Моря и океаны пересохли, а атмосферное давление примерно в сотню раз ниже, чем на Земле, на уровне моря. Поставьте на марсианскую почву наполненный водой стакан — при таком низком давлении вода закипит и испарится буквально на глазах.
Куда же исчезла некогда плотная атмосфера Красной планеты? До сих пор специалисты выдвигали несколько предположений. Первое — астероидный удар, достаточно мощный для того, чтобы одним взрывом выбросить львиную долю воздуха в космос. Другое — постепенная потеря атмосферы, ставшая результатом миллиардов лет неумолимой и упорной «работы» частиц солнечного ветра, понемногу выбивавших, как кегли, молекулы воздуха прочь от планеты. Наконец, оба механизма могли дополнять друг друга.
Однако недавно группа ученых, в числе которых и уже знакомый нам Дэвид Брейн, открыла новую возможность — процесс, представляющий собой нечто среднее между постепенным ослабеванием атмосферы и разовой потерей большой ее части. К такому выводу они пришли, изучая данные ныне закончившей свою работу миссии Mars Global Surveyor.
Еще в 1998 г. аппарат этот обнаружил, что Марс обладает весьма необычным магнитным полем. Оно не представляет собой цельной сферы, охватывающей всю планету и ее окрестности (как у нас, на Земле), а не имеет определенного центра и состоит будто из магнитных «зонтиков», областей, начинающихся под поверхностью Марса и раскрывающихся далеко за пределами его атмосферы. Напряженность магнитного поля в разных точках планеты отличается в 1,5−2 раза, а ее магнитные полюса не совпадают с физическими. Все это говорит о том, что железное ядро Марса неподвижно по отношению к коре планеты, а значит — механизм «планетарного динамо», который ответствен за жизнь магнитосферы Земли, здесь не работает. Возможно, та же астероидная мега-катастрофа, которая в далеком прошлом лишила Марс атмосферы, привела и к остановке его ядра...
Магнитные «зонтики» прикрывают лишь около 40% поверхности планеты, в основном, в южном ее полушарии. Ученые сочли, что они вполне могут служить защитой марсианской атмосфере, прикрывая значительные ее участки от разрушительных дуновений солнечного ветра. Однако, по мнению Дэвида Брейна и его коллег, те же «зонтики» могут работать и, наоборот, на разрушение атмосферы: они заключают целые огромные «пузыри» воздуха, которые затем, оторвавшись от основной части атмосферы, уносятся прочь в космос.
Дэвид Брейн и его коллеги проанализировали огромный массив данных, собранных зондом Global Surveyor в ходе 25 тыс. оборотов, совершенных вокруг Марса. В ходе одного из них аппарат прошел точно через вершину одного из магнитных «зонтиков». Ученые заметили, что силовые линии магнитного поля в этом месте рекомбинировали и соединились с магнитным полем солнечного ветра (этот процесс называется «магнитным перезамыканием», он происходит и в окрестностях Земли, примерно каждые 8 минут — читайте об этом: «Портал открыт»).
Что происходит после перезамыкания, сказать со 100-процентной вероятностью нельзя. Однако ученые выдвинули версию, которая пока что согласуются со всеми имеющимися данными. «Соединившись, фрагменты магнитных полей Марса и солнечного ветра, — говорит Дэвид Брейн, — образуют в верхних слоях атмосферы замкнутую сферу, замыкающую в себе, как в капсуле, большие объемы ионизированных частиц воздуха — такой "пузырь" имеет порядка тысячи километров в поперечнике. Постепенно давление солнечного ветра отрывает сферу и уносит ее в космос, вместе с "грузом" заключенного в ней воздуха».
Такие магнитные капсулы, получившие название «плазмоиды», наблюдаются, в основном, в окрестностях марсианского Южного полюса — видимо, постольку, поскольку и магнитные «зонтики» чаще встречаются в этих регионах.
Впрочем, Дэвид Брейн далек от того, чтобы заявлять об окончательном решении загадки исчезновения атмосферы Марса. «Еще не до конца понятно, насколько часто появляются и улетают эти плазмоиды, насколько большие количества воздуха они могут унести», — говорит он.
Сложность в том, что аппарат Mars Global Surveyor не был предназначен для исследования подобных феноменов. На его борту имелся лишь датчик электронов, и никаких инструментов для работы с более тяжелыми ионами, которые составляют (согласно описанной выше гипотезе) основное наполнение «магнитных пузырей» — плазмоидов. Кроме того, из-за особенностей своей орбиты зонд мог провести замеры характеристик «магнитных зонтиков» лишь на строго определенных высотах и в строго определенное время местных суток. Этого явно недостаточно для того, чтобы рассмотреть процесс в динамике.
«Коротко говоря, — резюмирует Дэвид Брейн, — нужно больше данных». В этой связи ученые возлагают большие надежды на будущую американскую миссию MAVEN, о которой мы рассказывали вам в заметке «Следующий на Марсе» и которая должна отправиться на службу в 2013 г.
Этот аппарат уже специально разрабатывается для изучения атмосферы и процессов, связанных с ее разрежением. Он будет способен детектировать как электроны, так и более тяжелые заряженные частицы и электронейтральные атомы. Он сумеет замерять величины и магнитного, и электрического полей. А эллиптическая орбита позволит зонду делать нужные замеры на разных высотах, под разными углами и в разное время суток. Он даст полную картину — если, конечно, не откроет новые загадки Марса, который, как мы знаем, вполне способен преподнести очередной сюрприз.
По информации NASA
