Раскрыт механизм турбулентной потери атмосферы Марса

Миллиарды лет назад Марс обладал плотной атмосферой, жидкой водой на поверхности и магнитным полем, защищавшим его от космической радиации. Однако геологическая активность планеты затухла, и магнитное поле исчезло. Оставшись без естественного щита, Красная планета начала стремительно терять атмосферу, и этот процесс продолжается до сих пор.

Сегодня более 80% потери кислорода из атмосферы Марса объясняется так называемым «горячим» побегом атомов. Он происходит в два этапа: сначала ультрафиолетовое излучение Солнца ионизирует молекулы, а затем при рекомбинации ионов с электронами выделяется энергия, разгоняющая атомы кислорода до скоростей, позволяющих им улететь в космос. Второй ключевой механизм — воздействие солнечного ветра, потока заряженных частиц, который «сдувает» верхние слои атмосферы.

Облака на границе атмосферы

Хотя процесс «сдувания» в целом относительно стабилен, исследователи давно замечали, что иногда из атмосферы Марса вырываются целые облака ионов. До недавнего времени их природа оставалась загадкой. Чтобы разобраться, ученые сопоставили данные аппарата MAVEN (миссия завершена) и китайской станции «Тяньвэнь-1». Это позволило одновременно наблюдать за поведением солнечного ветра перед столкновением с атмосферой и за образованием плазменных облаков после него.

Как выяснилось, причина — неустойчивости Кельвина — Гельмгольца, возникающие на границе атмосферы из-за солнечного ветра. Эти волны подобны тем, что появляются на воде при сильном ветре. Исследователи зафиксировали 16 изолированных и 46 квазипериодических событий образования облаков, вызванных такими волнами.

Масштаб потерь и планы на будущее

По оценкам авторов, во время таких событий в космос уходит в 10–100 раз больше ионов кислорода в секунду, чем при обычном «сдувании». Примечательно, что волны распределены неравномерно: они в основном возникают на одной стороне планеты.

Ученые планируют продолжить изучение феномена, чтобы понять, какие условия способствуют образованию волн и насколько существенен их вклад в общую потерю атмосферы Марса. В сентябре 2027 года на орбиту планеты выйдут две автоматические станции Blue и Gold миссии ESCAPADE, которые будут собирать данные о структуре и динамике магнитосферы. Это позволит детальнее исследовать плазменные волны и облака, открывая новые страницы в понимании эволюции Марса.