NASA stelt een magnetisch schild voor om de atmosfeer van Mars te beschermen

Deze week, NASA's Planetary Science Division (PSD) organiseerde een communityworkshop op hun hoofdkantoor in Washington, gelijkstroom. Bekend als de "Planetary Science Vision 2050 Workshop", dit evenement liep van 27 februari tot 1 maart, en wetenschappers en onderzoekers van over de hele wereld naar de hoofdstad zagen afdalen om paneldiscussies bij te wonen, presentaties, en praat over de toekomst van ruimteverkenning.

Een van de meer intrigerende presentaties vond plaats op woensdag, 1 maart, waar de verkenning van Mars door menselijke astronauten werd besproken. In de loop van het gesprek, met de titel "A Future Mars Environment for Science and Exploration", Regisseur Jim Green besprak hoe het inzetten van een magnetisch schild de atmosfeer van Mars zou kunnen verbeteren en bemande missies daar in de toekomst zou kunnen vergemakkelijken.

De huidige wetenschappelijke consensus is dat, zoals de aarde, Mars had ooit een magnetisch veld dat zijn atmosfeer beschermde. Ongeveer 4,2 miljard jaar geleden, het magnetische veld van deze planeet is plotseling verdwenen, waardoor de atmosfeer van Mars langzaam verloren ging in de ruimte. In de loop van de volgende 500 miljoen jaar, Mars werd een warmere, nattere omgeving naar de kou, onbewoonbare plek die we vandaag kennen.

Deze theorie is de afgelopen jaren bevestigd door orbiters zoals de ESA's Mars Express en NASA's Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN Mission (MAVEN), die sinds 2004 en 2014 de atmosfeer van Mars bestuderen, respectievelijk. Naast het vaststellen dat zonnewind verantwoordelijk was voor het uitputten van de atmosfeer van Mars, deze sondes hebben ook de snelheid gemeten waarmee het vandaag nog steeds verloren gaat.

Zonder deze sfeer, Mars zal een verkoudheid blijven, droge plek waar het leven niet kan gedijen. Naast dat, toekomstige bemande missie - die NASA tegen de jaren 2030 hoopt te realiseren - zal ook te maken krijgen met een aantal ernstige gevaren. De belangrijkste daarvan zijn blootstelling aan straling en het gevaar van verstikking, die een nog groter gevaar vormen voor kolonisten (mochten er pogingen tot kolonisatie worden gedaan).

Als antwoord op deze uitdaging, Dr. Jim Green - de directeur van NASA's Planetary Science Division - en een panel van onderzoekers presenteerden een ambitieus idee. In essentie, ze suggereerden dat door een magnetisch dipoolschild op het Mars L1 Lagrange Point te plaatsen, een kunstmatige magnetosfeer zou kunnen worden gevormd die de hele planeet zou omvatten, waardoor het wordt afgeschermd van zonnewind en straling.

Van nature, Green en zijn collega's erkenden dat het idee misschien een beetje "fantastisch" klinkt. Echter, ze waren er snel bij om te benadrukken hoe nieuw onderzoek naar miniatuur magnetosferen (ter bescherming van bemanningen en ruimtevaartuigen) dit concept ondersteunt:

"Dit nieuwe onderzoek komt tot stand dankzij de toepassing van volledige plasmafysica-codes en laboratoriumexperimenten. In de toekomst is het heel goed mogelijk dat een opblaasbare structuur(en) een magnetisch dipoolveld kan genereren op een niveau van misschien 1 of 2 Tesla ( of 10, 000 tot 20, 000 Gauss) als een actief schild tegen de zonnewind."

In aanvulling, de positionering van dit magnetische schild zou ervoor zorgen dat de twee gebieden waar het grootste deel van de atmosfeer van Mars verloren gaat, worden afgeschermd. In de loop van de presentatie, Groen en het paneel gaven aan dat dit de belangrijkste ontsnappingskanalen zijn, "over de noordelijke poolkap met ionosferisch materiaal met hogere energie, en 2) in de equatoriale zone met een seizoensgebonden lage-energiecomponent met maar liefst 0,1 kg/s zuurstofionen ontsnappen."

Om dit idee te testen, het onderzoeksteam – waaronder wetenschappers van het Ames Research Center, het Goddard Space Flight Center, de Universiteit van Colorado, Princeton Universiteit, en het Rutherford Appleton Laboratory - voerden een reeks simulaties uit met behulp van hun voorgestelde kunstmatige magnetosfeer. Deze werden uitgevoerd in het Coordinated Community Modeling Center (CCMC), die gespecialiseerd is in ruimteweeronderzoek, om te zien wat het netto-effect zou zijn.

Wat ze ontdekten was dat een dipoolveld op Mars L1 Lagrange Point zonnewind zou kunnen tegengaan, zodat de atmosfeer van Mars een nieuw evenwicht zou bereiken. Momenteel, atmosferisch verlies op Mars wordt tot op zekere hoogte gecompenseerd door vulkanische outpassing van het binnenste en de korst van Mars. Dit draagt ​​bij aan een oppervlakteatmosfeer met een luchtdruk van ongeveer 6 mbar (minder dan 1% van die op zeeniveau op aarde).

Als resultaat, De atmosfeer van Mars zou in de loop van de tijd natuurlijk dikker worden, die leiden tot veel nieuwe mogelijkheden voor menselijke verkenning en kolonisatie. Volgens Green en zijn collega's, deze zouden een gemiddelde stijging van ongeveer 4 ° C (~ 7 ° F) omvatten, wat genoeg zou zijn om het kooldioxide-ijs in de noordelijke poolijskap te smelten. Dit zou een broeikaseffect veroorzaken, de atmosfeer verder opwarmen en het waterijs in de poolkappen doen smelten.

Door hun berekeningen Green en zijn collega's schatten dat dit ertoe zou kunnen leiden dat 1/7e van de oceanen van Mars - de oceanen die het miljarden jaren geleden bedekten - wordt hersteld. Als dit een beetje begint te klinken als een lezing over het terravormen van Mars, het is waarschijnlijk omdat deze zelfde ideeën naar voren zijn gebracht door mensen die juist dat pleiten. Maar ondertussen, deze veranderingen zouden menselijke verkenning tussen nu en het midden van de eeuw vergemakkelijken.

"Een sterk verbeterde Marsatmosfeer, zowel in druk als in temperatuur, dat zou voldoende zijn om aanzienlijk vloeibaar oppervlaktewater toe te laten, zou ook een aantal voordelen hebben voor de wetenschap en menselijke verkenning in de jaren 2040 en daarna, "zei Green. "Net als de aarde, een verbeterde atmosfeer zou:grotere gelande massa van apparatuur naar het oppervlak toelaten, beschermen tegen de meeste kosmische en zonnedeeltjesstraling, het vermogen voor zuurstofextractie uitbreiden, en zorgen voor "open lucht" kassen voor de productie van planten, om er een paar te noemen."

deze voorwaarden, zeiden Green en zijn collega's, zou het ook mogelijk maken voor menselijke ontdekkingsreizigers om de planeet in veel meer detail te bestuderen. Het zou hen ook helpen om de bewoonbaarheid van de planeet te bepalen, omdat veel van de tekenen die erop wezen dat het in het verleden bewoonbaar was (d.w.z. vloeibaar water) langzaam terug in het landschap zouden sijpelen. En als dit binnen enkele decennia zou kunnen worden bereikt, het zou zeker helpen de weg vrij te maken voor kolonisatie.

Ondertussen, Green en zijn collega's zijn van plan de resultaten van deze simulaties te herzien, zodat ze een nauwkeurigere schatting kunnen maken van hoe lang deze verwachte veranderingen zouden duren. Het kan ook geen kwaad om enkele kostenbeoordelingen van dit magnetische schild uit te voeren. Hoewel het misschien iets uit sciencefiction lijkt, het kan geen kwaad om de cijfers te kraken!