У Марса и Солнца есть сходство: условия в ионосфере планеты, особенно над областями сильных остаточных магнитных полей, похожи на условия в короне светила. Ученые предполагали, что это может приводить к объемным выбросам на Красной планете вроде корональных выбросов на Солнце. И вот впервые им удалось засечь следы такого события.
В 2014 году к Марсу отправился аппарат MAVEN, чье название расшифровывается как «Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе». Помимо атмосферы, зонд следит за остаточным магнитным полем Красной планеты. Пусть глобального поля у Марса не осталось, силу поля от намагниченных в прошлом пород в коре планеты аппарат улавливает даже с высоты в сотни километров.
Без глобального магнитного «кокона» ионосфера Марса — слой ионизированного газа на высоте от 100 километров — находится под прямым воздействием солнечного ветра. Сложившиеся условия (низкого значения отношения давления плазмы к напряженности магнитного поля) под воздействием солнечного ветра становятся идеальны для перезамыкания магнитных линий.
В ранних исследованиях ученые вычислили, что такие перезамыкания должны приводить к масштабным выбросам ионизированного газа в космос. Возможно, именно так Красная планета потеряла значительную часть своей атмосферы?
Авторы новой работы, опубликованной в журнале Nature Astronomy, изучили данные MAVEN за период с 2016 по 2019 год. Они искали признаки «дыр» в ионосфере, следов выбросов. Удалось найти три таких события. В статье ученые подробно разобрали одно из них, анализ остальных есть в дополнительных материалах к исследованию.
Исследователи выделили три признака перезамыкания с выбросом: ослабление магнитного поля из-за его поворота вследствие перезамыкания, ускорение частиц как индикатор выброса струи плазмы и нагрев заряженных частиц, в частности катионов кислорода (их нагрев устанавливался по энергетическому спектру).
Само событие пересоединения произошло на высоте около трехсот километров; аппарат MAVEN летел на высоте семи сотен километров. Скорость плазмы в изученном выбросе составила 20 километров в секунду. От момента пересоединения до выброса в космос прошло примерно полминуты. При этом Марс «потерял» около 1,3 килограмма ионов кислорода.
По оценкам авторов, такие выбросы должны происходить трижды в одни марсианские сутки (один сол). Тогда за 4,2 миллиарда лет Красная планета через выбросы потеряла шесть триллионов килограммов кислорода. Если предположить, что весь он попал в атмосферу из воды, то это соответствует потерям 0,05 миллиметра толщины глобального океана воды. Не так уж много, но в прошлом солнечные ветры были гораздо сильнее, и выбросы, вероятно, происходили чаще.
Есть более эффективный способ «потери» воды — через диссоциативную рекомбинацию катиона формила. Группа ученых, изучающая этот «метод», ранее рассчитала его для Марса, а в мае 2024 опубликовала исследование, где провела аналогичный анализ для Венеры.