Встановлено фізичний механізм руйнування атмосфери Марса

Сучасний Марс – це холодна та суха планета з розрідженою атмосферою. Проте мільярди років тому його вигляд був зовсім інший. Тоді Марс мав щільну газову оболонку, потужне магнітне поле та великі запаси рідкої води на поверхні. Завдяки цим умовам стародавній Марс вважався значно сприятливішим місцем для виникнення та існування життя.

Переломним чинником стало поступове згасання внутрішніх процесів планети. За рахунок поступового ослаблення геологічної активності, Марс втратив глобальне магнітне поле, яке раніше захищало атмосферу від пагубного впливу сонячного вітру та космічних променів. Без цього природного екрану верхні шари атмосфери почали повільно руйнуватися та виноситися у міжпланетний простір.

В наш час головним механізмом втрати кисню є так звана теплова або «гаряча» втеча атомів. На його частку припадає понад 80% всього кисню, що залишає атмосферу Марса. Механізм запускається сонячним ультрафіолетовим випромінюванням, яке іонізує атмосферні молекули, вибиваючи з них електрони. Потім при рекомбінації іонів із вільними електронами вивільняється енергія. Її достатньо, щоб частина атомів кисню розігналася до швидкостей, що перевищують силу тяжіння Марса, і назавжди покинула планету.

Не менш важливу роль відіграє сонячний вітер — безперервний потік заряджених часточок від Сонця. При взаємодії з верхніми шарами атмосфери, він передає їм додаткову енергію, сприяючи виносу речовини у космос. На думку вчених, у ранній історії Марса, коли сонячна активність була значно вищою, саме цей процес визначав темпи руйнування атмосфери.

Хоча дія сонячного вітру відбувається постійно, дослідники давно звертали увагу на незвичайні сплески активності. В окремі моменти навколо планети формуються великі хмари плазми, що складаються з іонів, які залишили атмосферу. Тривалий час походження цих структур залишалося загадкою, оскільки необхідних спостережень просто не існувало.

Розгадати механізм вдалося міжнародній групі вчених, результати роботи якої опубліковані в журналі «Science Advances». Дослідники об'єднали спостереження американського орбітального апарату MAVEN та китайської станції «Тяньвень-1». Таке поєднання даних дозволило одночасно відслідковувати стан сонячного вітру перед його взаємодією з Марсом та процеси, що відбуваються безпосередньо в атмосфері планети.

Аналіз показав, що утворення плазмових хмар пов'язано з виникненням нестійкості Кельвіна — Гельмгольца. Ці хвилеподібні структури з'являються на межі між сонячним вітром та атмосферою Марса. Під час дослідження фахівці зареєстрували 62 подібних епізоди, включаючи 16 одиночних та 46 подій, які повторюються.

Розрахунки показали, що у моменти формування таких хвиль швидкість витоку іонів кисню зростає у 10 – 100 разів відносно звичайного фонового рівня. Разом з тим, подібні процеси розподілені поверхнею планети нерівномірно: найчастіше вони спостерігаються лише у певній області марсіанської атмосфери.

Тепер дослідники мають намір визначити, які саме параметри сонячного вітру та стану атмосфери сприяють виникненню подібних хвильових структур. Це дозволить точніше оцінити внесок плазмових хмар у загальну втрату атмосфери, та як сильно вони вплинули на еволюцію Марса у минулому.