Ondanks de afwezigheid van een wereldwijde aardachtige magnetische dipool, de atmosfeer van Mars is goed beschermd tegen de effecten van de zonnewind op de ontsnapping van ionen van de planeet. Nieuw onderzoek toont dit aan met behulp van metingen van het Zweedse deeltjesinstrument ASPERA-3 op het ruimtevaartuig Mars Express. De resultaten zijn onlangs gepresenteerd in een proefschrift van Robin Ramstad, Swedish Institute of Space Physics en Umeå University, Zweden.

Het huidige Mars is een koude en droge planeet met minder dan 1 procent van de atmosferische druk van de aarde aan het oppervlak. Echter, veel geologische kenmerken geven aan dat de planeet ongeveer 3 tot 4 miljard jaar geleden een actieve hydrologische cyclus had. Een actieve hydrologische cyclus zou in de vroege geschiedenis van de planeet een warmer klimaat hebben vereist en daarom een ​​dikkere atmosfeer, een die een sterk broeikaseffect kan creëren.

Een veel voorkomende hypothese stelt dat de zonnewind in de loop van de tijd de vroege atmosfeer van Mars heeft uitgehold, veroorzaakt het broeikaseffect, en daarmee de hydrologische cyclus, instorten. In tegenstelling tot de aarde, Mars heeft geen wereldwijde magnetische dipool, maar de zonnewind induceert in plaats daarvan stromen in de geïoniseerde bovenste atmosfeer (de ionosfeer), het creëren van een geïnduceerde magnetosfeer.

"Er is lang gedacht dat deze geïnduceerde magnetosfeer onvoldoende is om de atmosfeer van Mars te beschermen, ", zegt Robin Ramstad. "Echter, onze metingen laten iets anders zien."

De door Zweden geleide ionenmassa-analysator op Mars Express meet sinds 2004 de ionenontsnapping van Mars. Robin Ramstad heeft metingen van de ionenontsnapping gecombineerd en vergeleken onder variërende zonnewindomstandigheden en niveaus van ioniserende zonnestraling, zogenaamde extreem ultraviolette (EUV) straling. De resultaten laten zien dat de zonnewind een relatief klein effect heeft op de ontsnappingssnelheid van ionen, die in plaats daarvan voornamelijk afhangt van de EUV-straling. Dit heeft een groot effect op schattingen van de totale hoeveelheid atmosfeer die naar de ruimte is ontsnapt.

"Ondanks sterkere zonnewind en EUV-stralingsniveaus onder de vroege zon, ionenontsnapping kan niet meer dan 0,006 bar atmosferische druk verklaren die verloren is gegaan in de loop van 3,9 miljard jaar, " zegt Robin Ramstad. "Zelfs onze hoogste schatting, 0,01 bar, is een onbeduidende hoeveelheid in vergelijking met de atmosfeer die nodig is om een ​​voldoende sterk broeikaseffect te behouden, ongeveer 1 bar of meer volgens klimaatmodellen."

De resultaten gepresenteerd in het proefschrift laten zien dat een sterkere zonnewind voornamelijk deeltjes versnelt die al aan de zwaartekracht van de planeet ontsnappen, maar verhoogt de ionenontsnappingssnelheid niet. In tegenstelling tot eerdere veronderstellingen, de geïnduceerde magnetosfeer blijkt ook het grootste deel van de Mars-ionosfeer te beschermen tegen de overdracht van zonne-energie.