Что же произошло с атмосферой Марса и как это связано с солнечным ветром? Для ответа на этот вопрос необходимо понять, как устроена атмосфера Марса и как она взаимодействует с солнечным излучением.
Атмосфера красной планеты состоит из нескольких слоев, которые имеют разную температуру, плотность и состав. Самый нижний слой — тропосфера — простирается от поверхности планеты до высоты около 50 километров. В этом слое происходят погодные явления, такие как ветер, облака, дождь и снег. Следующий слой, который называется стратосферой, простирается от 50 до 80 километров. В этом слое температура возрастает с высотой, так как он содержит озон, который поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца. Затем идет мезосфера, она простирается от 80 до 120 километров. В этом слое температура снова падает с высотой, так как он содержит мало газов, которые могут поглощать солнечное излучение. Наконец, самый верхний слой — термосфера, простирается от 120 километров и далее. Здесь температура сильно возрастает с высотой, так как он подвергается прямому воздействию солнечного излучения, которое ионизирует газы, то есть превращает их в электрически заряженные частицы. Именно в этом слое образуется ионосфера, которая состоит из ионов и электронов, и играет важную роль в взаимодействии атмосферы Марса с солнечным ветром.
Солнечный ветер — поток электрически заряженных частиц, которые постоянно вырываются из атмосферы Солнца и распространяются в космическом пространстве со скоростью около 450 километров в секунду. Солнечный ветер несет с собой магнитное поле Солнца, которое может воздействовать на магнитные поля других планет. Земля имеет сильное глобальное магнитное поле, которое отклоняет солнечный ветер и защищает атмосферу от его влияния. У Марса магнитное поле слабое и неравномерное, оно не может создать эффективный щит от солнечного ветра. В результате, солнечный ветер проникает в верхнюю атмосферу Марса и сталкивается с ионами и электронами, которые образуют ионосферу. При этом происходит передача энергии и импульса от солнечного ветра к марсианским ионам, которые приобретают достаточную скорость, чтобы сбежать из атмосферы в космос. Этот процесс называется ионным выбросом, и он является одним из основных механизмов потери атмосферы Марса.
Однако интенсивность солнечного ветра не постоянна, а зависит от активности Солнца, которая имеет циклический характер. В периоды повышенной активности Солнца, которые называются солнечными вспышками, из атмосферы Солнца выбрасываются огромные количества энергии и частиц, которые образуют сильные порывы солнечного ветра. Эти порывы могут усиливать воздействие солнечного ветра на атмосферу Марса и увеличивать скорость ионного выброса. Именно такой порыв солнечного ветра произошел 26 декабря 2022 года, когда космический аппарат MAVEN зафиксировал резкое падение потока солнечных частиц, когда ветер прошел мимо Марса. В то же время, MAVEN зарегистрировал странное и поразительное изменение в атмосфере Марса. Планетарное магнитное поле и ионосфера Марса расширились на тысячи километров, увеличившись в размере более чем в три раза. Это означает, что солнечный ветер создал электрическое поле, которое ускорило марсианские ионы и электроны и вытолкнуло их в космос. Таким образом, атмосфера Марса раздулась, как шарик, под действием солнечного ветра.
Когда мы впервые увидели данные и то, насколько драматичным было падение солнечного ветра, это было почти невероятно. Мы сформировали рабочую группу для изучения этого события и обнаружили, что этот период времени богат на невероятные открытия
— астроном Джаспер Халекас из Университета Айовы.
Столь сильное освобождение энергии сопровождалось двумя разными солнечными ветрами, причудливо взаимодействовавшими друг с другом. Более медленный был подхвачен и поглощен более быстрым ветром, пришедшим сзади, затем они объединились в один «суперветер».
MAVEN зафиксировал более высокую плотность частиц от этого двойного солнечного ветра. Как только ветер прошел мимо орбитальной обсерватории, она зафиксировала значительное падение плотности частиц — редкую пустоту чрезвычайно слабого и малоплотного солнечного ветра, а также падение давления солнечного ветра. Плотность упала в 100 раз. Давление упало в 10 раз.
Астрономы отмечают, что изучение подобных событий позволяет получить ценную информацию о том, как происходит потеря атмосферы на Марсе и подобных планетах в других частях галактики. Это может стать важной частью головоломки при определении того, что делает планету пригодной для жизни.
