Vijf jaar nadat NASA's MAVEN-ruimtevaartuig in een baan rond Mars kwam, gegevens van de missie hebben geleid tot het maken van een kaart van elektrische stroomsystemen in de atmosfeer van Mars.

"Deze stromingen spelen een fundamentele rol in het atmosferische verlies dat Mars transformeerde van een wereld die leven had kunnen ondersteunen in een onherbergzame woestijn, " zei experimenteel natuurkundige Robin Ramstad van de Universiteit van Colorado, Kei. "We werken nu aan het gebruik van de stromingen om de precieze hoeveelheid energie te bepalen die uit de zonnewind wordt gehaald en de atmosferische ontsnapping mogelijk maakt." Ramstad is hoofdauteur van een paper over dit onderzoek, gepubliceerd op 25 mei in Natuurastronomie .

De aarde heeft zulke huidige systemen, ook:we kunnen ze zelfs zien in de vorm van kleurrijke lichtshows aan de nachtelijke hemel in de buurt van de poolgebieden die bekend staan ​​als de aurora, of noorder- en zuiderlicht. De aurora van de aarde zijn sterk verbonden met stromingen, gegenereerd door de interactie van het aardmagnetisch veld met de zonnewind, die langs verticale magnetische veldlijnen de atmosfeer in stromen, concentreren in de poolgebieden. We bestuderen de stroom van elektriciteit duizenden kilometers boven ons hoofd, Hoewel, vertelt slechts een deel van het verhaal over de situatie op Mars. Het verschil ligt in de respectievelijke magnetische velden van de planeten, want terwijl het magnetisme van de aarde van binnenuit komt, Mars' niet.

Planetaire magnetische velden

Het magnetisme van de aarde komt uit de kern, waar gesmolten, elektrisch geleidend ijzer stroomt onder de korst. Het magnetische veld is wereldwijd, wat betekent dat het de hele planeet omringt. Aangezien Mars een rots is, terrestrische planeet zoals de aarde, men zou kunnen aannemen dat daar hetzelfde soort magnetisch paradigma functioneert, te. Echter, Mars genereert zelf geen magnetisch veld, buiten relatief kleine stukjes gemagnetiseerde korst. Er moet iets anders gebeuren dan wat we op aarde waarnemen op de rode planeet.

Wat gebeurt er boven Mars?

De zonnewind, bestaat grotendeels uit elektrisch geladen elektronen en protonen, waait constant van de zon met ongeveer een miljoen mijl per uur. Het stroomt rond en interageert met de objecten in ons zonnestelsel. De zonnewind is ook gemagnetiseerd en dit magnetische veld kan niet gemakkelijk doordringen in de bovenste atmosfeer van niet-gemagnetiseerde planeten zoals Mars. In plaats daarvan, stromen die het induceert in de ionosfeer van de planeet veroorzaken een opstapeling en versterking van het magnetische veld, het creëren van een zogenaamde geïnduceerde magnetosfeer. Hoe de zonnewind deze geïnduceerde magnetosfeer op Mars aandrijft, is tot nu toe niet goed begrepen.

Terwijl zonnewind ionen en elektronen inslaan in dit sterker geïnduceerde magnetische veld nabij Mars, ze worden gedwongen uit elkaar te stromen vanwege hun tegengestelde elektrische lading. Sommige ionen stromen in één richting, sommige elektronen in de andere richting, vormen elektrische stromen die van de dagzijde naar de nachtzijde van de planeet draperen. Tegelijkertijd, zonne-röntgenstralen en ultraviolette straling ioniseren constant een deel van de bovenste atmosfeer op Mars, veranderen in een combinatie van elektronen en elektrisch geladen ionen die elektriciteit kunnen geleiden.

"De atmosfeer van Mars gedraagt ​​zich een beetje als een metalen bol die een elektrisch circuit sluit, " zei Ramstad. "De stromingen stromen in de bovenste atmosfeer, met de sterkste huidige lagen die blijven bestaan ​​op 120-200 kilometer (ongeveer 75-125 mijl) boven het aardoppervlak." Zowel MAVEN als eerdere missies hebben eerder gelokaliseerde hints van deze huidige lagen gezien, maar ze hebben nog nooit het hele circuit in kaart kunnen brengen, van zijn generatie in de zonnewind, waar de elektrische energie wordt afgezet in de bovenste atmosfeer.

Het rechtstreeks detecteren van deze stromen in de ruimte is berucht moeilijk. Gelukkig, de stromen verstoren de magnetische velden in de zonnewind, detecteerbaar door de gevoelige magnetometer van MAVEN. Het team gebruikte MAVEN om de gemiddelde magnetische veldstructuur rond Mars in drie dimensies in kaart te brengen en berekende de stromen rechtstreeks uit hun vervormingen van de magnetische veldstructuur.

"Met een enkele elegante operatie, de sterkte en paden van de stromen springen uit deze kaart van het magnetische veld, ' zei Ramstad.

Het lot van de Rode Planeet

Zonder een wereldwijd magnetisch veld rond Mars, de stromen die in de zonnewind worden opgewekt, kunnen een directe elektrische verbinding vormen met de bovenste atmosfeer van Mars. De stromen zetten de energie van de zonnewind om in magnetische en elektrische velden die geladen atmosferische deeltjes in de ruimte versnellen, atmosferische ontsnapping naar de ruimte rijden. De nieuwe resultaten onthullen verschillende onverwachte kenmerken die specifiek zijn voor MAVEN's doel om atmosferische ontsnapping te begrijpen:de energie die ontsnapping aandrijft, lijkt te worden getrokken uit een veel groter volume dan vaak werd aangenomen.

Door zonnewind veroorzaakt atmosferisch verlies is al miljarden jaren actief en heeft bijgedragen aan de transformatie van Mars van een warme en natte planeet die leven had kunnen herbergen in een wereldwijde koude woestijn. MAVEN blijft onderzoeken hoe dit proces werkt en hoeveel van de atmosfeer van de planeet verloren is gegaan.

Dit onderzoek werd gefinancierd door de MAVEN-missie. De hoofdonderzoeker van MAVEN is gevestigd aan het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica van de Universiteit van Colorado, Kei, en NASA Goddard beheert het MAVEN-project. NASA verkent ons zonnestelsel en daarbuiten, werelden blootleggen, sterren, en kosmische mysteries dichtbij en ver weg met onze krachtige vloot van ruimte- en grondmissies.