Har Mars brug for et magnetfelt?

Materialet blev forberedt af Vitaly Yegorov, projektet “The Open Space of the Green Cat”.

Mange har lært af naturhistoriens lektioner (og gennem indsatsen fra adskillige populærvidenskabelige film og publikationer) som sandhed: Jordens magnetiske felt beskytter os mod solstråling og atmosfæren mod at blæse af solvinden. Desuden opfattes denne "blæsning" af mange bogstaveligt - som en mekanisk proces til fjernelse af atmosfæriske gasser ved solcelleplasmastrømme.

Jordens magnetfelt i sådanne malerier tegnes af en heroisk beskytter, der står med sit skjold på stien til de onde strømme i den brændende vind, der er sendt af Solen.

Imidlertid giver moderne rumforskning flere og flere grunde til at revidere dette billede i retning af at komplicere processerne med interaktion mellem heliosfæren og geosfæren. Mere ærlige skemaer indikerer allerede, at magnetosfæren ikke sparer fra lækage af atmosfæren fra polerne, men snarere endda bidrager.

Sådan afstiver retter tænder: fast-track video

Først skal du forstå årsagerne til tabet af atmosfæren af ​​planeterne.

Spredning (spredning) af atmosfærer i rummet har en termisk og ikke-termisk oprindelse. Der er to termiske mekanismer: de såkaldte "jeans" og hydrodynamiske. Den første er opvarmning af atmosfæriske molekyler med sollys. Som du ved, er temperatur intensiteten af ​​atomer og molekylers bevægelse. Hvis der er mange naboer omkring et opvarmet molekyle, overfører det sin bevægelsesenergi til dem og bremser. Hvis der ikke er molekyler og atomer i nærheden, og strømmen af ​​energi ikke stopper, vil molekylet på et tidspunkt opvarmes til en sådan tilstand, at det, ligesom et rigtigt rumskib, forlader atmosfæren med en anden kosmisk hastighed. Det er omtrent, hvad der sker i den øvre atmosfære - “termosfæren”. Og jo tættere planeten er på Solen, jo stærkere er effekten af ​​denne faktor. Men her afhænger meget af planetens masse. F.eks. Forlader hydrogen og helium let grænserne for Venus-atmosfæren, men mere massive CO2-molekyler fastholdes af temmelig stærk tyngdekraft på planeten. På Jorden sker der forresten den samme ting, kun med mindre intensitet, men 250 ton brint og 4 ton helium vil for evigt sige farvel til os hver dag.

En lignende proces som en termisk proces er en fotokemisk, når molekyler under indflydelse af ultraviolette stråler bryder op i separate atomer, for eksempel separeres vand i brint og ilt, hvilket bidrager til at undslippe brint.

Mars er længere væk fra solen, så atmosfæren modtager mindre lys, men planetenes masse er lavere, derfor mister den ifølge forskellige kilder dagligt fra 1 til 100 ton af atmosfæren - hovedsageligt kuldioxid.

Men vi husker, at Mars ikke har noget magnetfelt! Lad os komme til det, men for nu vil vi overveje en anden termisk metode til atmosfærisk tab - hydrostatisk.

Hvis opvarmningen af ​​planetens atmosfære er ret intens, og hvis der er yderligere varmekilder nedenfor, kan de tungere gasmolekyler blive ført væk af strømmen af ​​lyspartikler, varme op og få det samme sekund kosmiske, så de aldrig vender tilbage til planeten. Sandsynligvis af denne grund har den vulkanske aktive og massive satellit af Jupiter Io ikke nogen betydelig atmosfære - den blæses konstant ud af kraftige vulkanudbrud.

Der er en anden måde at slippe af med atmosfæren, der til dels ligner den tidligere hydrostatiske - påvirkning. Vi ved alle, hvordan kraftige eksplosioner ser ud - en røgsøjle stiger op i himlen og forvandles til en svamp. Hvis eksplosionen er stærk nok, vil denne søjle stige til rummet, hvor de opvarmede molekyler i en sjælden atmosfære kan accelerere nok til at flyve væk for evigt. For planeter med et relativt stærkt tyngdefelt og en tæt atmosfære som Jorden og Venus, kan denne faktor være ubetydelig, men for Mars kan tabene være meget mere betydningsfulde, og det ser ud til at have fået mere end Jorden - asteroidebæltet er i nærheden. Denne faktor er imod dem, der tilbyder at bringe en større asteroide eller komet til Mars - vi er stadig nødt til at beregne, om der vil være noget tilbage efter eksplosionen.

Det er vanskeligt at sige, hvor vigtig en væsentlig rolle i tabet af Mars-atmosfæren blev spillet af slagmekanismen. Du kan kun foretage uslebne skøn, men endda grove skøn har jeg ikke opfyldt. Glem dog ikke, at Mars led mest, som Månen og Jorden under den sene tunge bombe, for omkring 3, 8 milliarder år siden. Men i disse år havde Mars stadig en tæt atmosfære.

Et vigtigt punkt: alle ovenstående faktorer påvirker magnetfeltet ikke på nogen måde. Derfor står Jorden over et par milliarder år over for Mars og Venus 'skæbne - den komplette forurening af brint, der forvandles til en ørken. Der kan være en reklame for en SPA-salon eller en badeby: nyd flydende vand, mens du har en sådan mulighed.

Atmosfæren kan blive tyndere uden at forlade planeten. Dette sker, når atmosfæriske gasser indgår i en kemisk eller fysisk interaktion med overfladen. Kulstof og ilt kan binde effektivt ved at reagere med sten. Det antages, at hvis du frigiver alt kulstof i Jorden, som nu er forbundet i aflejringer af kulbrinter og carbonatbergarter, så vil vores atmosfære ikke være meget forskellig fra den venusiske. Derfor må vi sige "tak" til de millioner af år med udvikling af mikroorganismer, der har forvandlet vores jord til en blomstrende have. Brint og ilt kan effektivt fjernes fra atmosfæren ved at omdanne til vand og danne oceaner eller gletsjere, og jo længere der er fra solen, desto mere kan alle slags gasser omdannes til is.

Nu tilbage til solvinden og magnetfeltet. Solvinden er en strøm af ladede partikler (elektroner, protoner og alfapartikler). Partikler har forskellige hastigheder og langsomme (300–500 km / s) partikler siger “langsom solvind”, hurtig (600–800 km / s) - “hurtig solvind” og høj hastighed (900 km / s og ovenfor) - "solstråling". Solen udstråler også masser af andre "strålinger": ultraviolet, røntgenstråler, neutron, op til gamma, men nu skal vi tale om en, der har en elektrisk ladning og påvirkes af et magnetfelt.

Så, solpartikler skynder sig fra solen mod Jorden. I en afstand af ca. 10 jordradier begynder vores magnetfelt at påvirke dem - og bøje dem. Jo lavere partiklenes energi er, desto mere effektive afbøjes de af magnetfeltet. På stedet for dette møde dannes en chokbølge. Som et resultat glider nogle partikler gennem magnetlinjerne, men afviger for at flyve forbi Jorden, nogle absorberes af atmosfæren, men langt de fleste stiger op langs magnetlinjerne og strømmer ind i de eksisterende torusstrømme af ladede partikler rundt om Jorden, der kaldes "strålingsbælter". Hurra, planeten er reddet, magnetfeltet har gjort sin heroiske handling ... Men hvad er det? Hvorfor blev vores poler røde og grønne?

Nordlys fra Mikel på Vimeo.

Auroras er et vidunderligt syn, indtil du tænker på fysikken i de processer, der finder sted der. Og følgende sker: magnetiske linjer fanger ikke kun solpartikler, men også delvist direkte til polerne. Nyligt ankomne partikler accelereres desuden af ​​et magnetfelt og kollapser i jordens atmosfære. De banker elektroner fra neutrale atomer og molekyler, de bliver ladede og gløder af indignation. Opladede ioner danner et elektrisk felt, der begynder at virke som en accelerator og accelererer ioner (molekyler, der har mistet en elektron), så de får en anden kosmisk hastighed og forlader planeten. Sådan forekommer processen med elektromagnetisk spredning, hvorfra et magnetfelt angiveligt redder os. Kan du huske, at brint og helium flyver væk fra Jorden? Tilføj her også ilt, der er for tungt til termisk spredning og kun flyver fra Jorden takket være et så "godt" og "pleje" magnetfelt. Mængden af ​​iltab fra hver smukke nat i den subpolære region er endnu ikke kendt, men selve kendsgerningen er allerede bevist af de europæiske klyngesatellitter.

Hvad vil der ske, hvis en planet uden magnetfelt bliver ramt af solvind? Alt her vil være mere dramatisk - solpartikler vil frit komme til planeten i en afstand af halvanden af ​​dens diameter og vil begynde at bombardere de øverste lag af sin atmosfære. Gasmolekylerne vil begynde at miste elektroner, opnå en ladning og ... afvise strømmen fra solvinden med den samme ladning. Det vil sige, at der også dannes en chokbølge som med et magnetfelt, som ikke lader størstedelen af ​​solpartiklerne komme nærmere. Takket være denne effekt mistede Venus ikke sin utroligt tætte atmosfære, idet han var meget tættere på solen end Jorden eller Mars.

Indtil videre kan forskere ikke sige, hvor betydningsfuldt bidraget fra elektromagnetisk spredning til nedbrydningen af ​​den Martiske atmosfære er. For at besvare dette spørgsmål blev MAVEN-satellitten sendt til Mars. I mellemtiden er der kendt flere fakta om tabet af den Martiske atmosfære:

- nu går mindre end 1 ton af atmosfæren tabt pr. dag - Mars Express-rumfartøjet fandt ud af det, men målingerne blev udført på et solminimum; - fra det tidspunkt, planeten blev dannet, indtil i dag, har Mars mistet så meget brint fra atmosfæren, som kunne være indeholdt i havet 110 meter dybt, dækkende hele planeten - astronomer fra Det Europæiske Sydlige Observatorium lærte dette ved at analysere ændringen i forholdet mellem de lette og tunge brintisotoper i Mars 'atmosfære; - al den kendte is fra Mars indeholder en sådan mængde vand, der ville fylde planeten med et hav på cirka 25 meter dybt; - under påvirkning af solvinden kan Mars miste ilt 100 gange mere intensivt, end Mars Express har vist, - sådanne data kom fra simuleringsresultaterne, men mange bestrider pålideligheden af ​​disse resultater. Selv hvis Mars mistede 100 tons ilt dagligt i 3, 5 milliarder år, ville tabet svare til tabet af 10 meter vand i det betingede hav over hele planeten; - Kuldioxid, der er forbundet med kendte carbonater i den Marsjord, ville være nok til at øge densiteten i den nuværende atmosfære med ca. 3 gange, og for at opnå atmosfæretæthed, der kan sammenlignes med Jordens Mars, har sådanne reserver behov for 30 gange mere.

Det viser sig, at forskere i dag kun gætter på de mekanismer, der førte til tabet af 1/3 af hele Mars-atmosfæren og ikke ved, hvor andet ellers skete. Det vides ikke, hvor mange mekanismer elektromagnetisk (solvind), hydrostatisk (kraftfulde udbrud af supervolcanoer) og påvirkning (asteroidfald) har bidraget til dette tab. Samtidig studeres solvindens bidrag til udtømningen af ​​atmosfæren nu, og i de kommende år vil der være et mere specifikt svar på dette spørgsmål, og vulkaner og asteroider kan nu udelukkes fra de væsentlige faktorer for den atmosfæriske nedbrydning af Mars.

For at opsummere: eksemplet med Venus viser, at solvinden ikke er en afgørende faktor for flygtningen af ​​atmosfæren. For Mars er dens virkning cirka fire gange mindre intens. Nogle af de faktorer, der kan føre til tabet af Mars-atmosfæren i fortiden, er ikke betydningsfulde i dag: Asteroidfald og kraftige vulkanudbrud. Solens termiske stråling på grund af Mars 'fjernplacering er heller ikke en afgørende faktor for spredning, i det mindste nu, hvor der næsten ikke er let brint og helium i atmosfæren. Derfor er alt, hvad vi måtte gøre for at gøre Mars til en blomstrende have, at vente på resultaterne af MAVEN-satellitten og finde flere milliarder exajoules energi til magisk at fylde Mars-atmosfæren med ukendt gas.

Jeg spekulerer på, hvordan en atomreaktor fungerer, og kan robotter bygge et hus?

Alt om nye teknologier og opfindelser! OK Jeg accepterer reglerne på siden Tak. Vi har sendt en bekræftelses-e-mail til din e-mail.

Anbefalet

Den nye jagerfly får en "halv motor"
2019
Hvorfor koalas spiser giftige blade og ikke lider af klamydia
2019
Introduceret nye processorer til smartphones
2019