|
Редкое явление исчезновения солнечного ветра на Марсе
|
|
|
|
На атмосферу и климат Марса влияет взаимодействие с солнечным ветром - потоком плазмы, состоящим из протонов и электронов, который выходит из самых отдаленных слоев атмосферы Солнца (короны) и движется со скоростью 400-1000 километров в секунду.
|
|
|
|
Поскольку эти заряженные частицы взаимодействуют с магнитным полем и атмосферой планеты, мы можем наблюдать впечатляющие полярные сияния над полярными регионами Земли. Поскольку на Марсе отсутствует глобальное магнитное поле, полярные сияния здесь рассеиваются по всей планете.
|
|
|
|
Однако иногда этот солнечный ветер может "исчезать" в редких случаях, когда на пути солнечного ветра возникает разрыв по мере увеличения солнечной активности Солнца. Это происходит, когда более быстрая часть солнечного ветра обгоняет более медленную в области вращающегося взаимодействия и поглощает ее, оставляя пустоту с меньшей плотностью на пути солнечного ветра.
|
|
|
|
Это явление наблюдалось в течение трех дней в декабре 2022 года во время миссии НАСА MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN). В результате отсутствия солнечного ветра понижение давления привело к тому, что атмосфера и магнитосфера Марса расширились на тысячи километров, увеличившись в три раза. Это также вызвало сверхзвуковую ударную волну вокруг планеты, известную как ударная волна в носовой части.
|
|
|
|
|
|
|
Новое исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, исследовало последствия такого снижения активности солнечного ветра. Профессор Суманта Сархел и доктор философии Лот Рам (из Индийского технологического института Рурки), а также доктор Диптиранджан Раут (из Национальной лаборатории атмосферных исследований Индии) использовали данные анализатора ионов Солнечного ветра, магнитометра, зонда Ленгмюра и ионного масс-спектрометра на борту космического аппарата MAVEN для изучения электронов и ионов Марса. плотности, плотности ионов солнечного ветра, скорости, давление и магнитное поле во время события.
|
|
|
|
Исследователи установили, что на стороне планеты, обращенной в сторону от Солнца, на ее ночной стороне, плотность плазмы в ионосфере увеличилась на высотах 200-280 километров, причем максимальная концентрация была в 2,5 раза выше, чем при нормальных условиях. Это происходит в результате увеличения ионосферного давления на два порядка по сравнению с магнитным и динамическим давлением солнечного ветра.
|
|
|
|
Во время этого события количество электронов и ионов в ионосфере увеличилось в 2,5 и 10 раз соответственно. Однако максимальная плотность отдельных ионов увеличилась в разной степени - от 10 раз для N+ до 67 раз для O+.
|
|
|
|
Ученые предполагают, что возможными причинами такой высокой плотности плазмы может быть расширение от нижней к верхней ионосфере из-за разницы давлений (высокое в ионосфере и низкое в солнечном ветре) и/или увеличение переноса плазмы с дневной стороны Марса на ночную.
|
|
|
|
Помимо этого, требуется дальнейшая работа, чтобы понять роль топологии магнитного поля, связывающую структуру и взаимосвязь силовых линий магнитного поля и их напряженность во взаимодействии плазмы с поверхностью Марса.
|
|
|
|
"В замкнутом контуре магнитного поля плазма удерживается внутри, что означает, что атмосферная плазма не улетучивается в космос", - говорит профессор Сархел. "В разомкнутом контуре марсианская плазма может проникать через магнитное поле или плазму солнечного ветра в атмосферу Марса и изменять динамику атмосферы.
|
|
|
|
"Наконец, в сценарии с замкнутой петлей магнитное поле солнечного ветра может охватить планету и намагнитить ионосферу, что означает, что ионы и электроны попадают в поле солнечного ветра, а плазма покидает планету. В областях с более сильным магнитным полем плазма сильнее связывается с магнитными петлями, и наоборот, в более слабых областях."
|
|
|
|
Понимание последствий исчезновения явлений солнечного ветра жизненно важно не только для расширения наших знаний о его взаимодействии с космической средой и поверхностью Марса, но и для исследований человеком, поскольку для успешного продолжения миссии может потребоваться корректировка орбиты космического аппарата с учетом увеличения сопротивления плотной плазмы.
|
|
|
|
"Наш интерес к изучению исчезающего солнечного ветра возник из-за глубокого воздействия, которое он оказывает на такую немагнитную планету, как Марс, что в конечном итоге помогает нам понять ее климатическую эволюцию и выход атмосферы с течением времени", - объясняет профессор Сархел.
|
|
|
|
"Расширение системы магнитосфера-ионосфера может привести к потере атмосферы и усилению взаимодействия с солнечной радиацией или космическими лучами. Кроме того, расширение приводит к увеличению сопротивления спутников, находящихся как на низких, так и на высоких планетных орбитах. Например, в 2022 году Space X потеряла 40 спутников на низкой околоземной орбите через день после запуска из-за повышенной плотности на высотах ионосферы во время геомагнитной бури.
|
|
|
|
"Таким образом, понимание планетарной космической погоды в периоды затишья Солнца (или исчезновения явлений солнечного ветра) и в периоды штормов имеет решающее значение для будущих исследований планетарных спутников, а также для обеспечения безопасности робототехники и астронавтов. В конечном счете, эти знания могут быть даже полезны для оценки пригодности Марса для жизни".
|
|
|
|
Источник
|
