Марс раздулся? Как исчезновение солнечного ветра утроило атмосферу планеты

Знаете, что на Марсе бывает затишье? Нет, не в том смысле, что там нет пыльных бурь. Речь о солнечном ветре — потоке заряженных частиц, который постоянно обдувает планеты Солнечной системы. И вот что интересно: иногда этот ветер… исчезает. Представьте себе, как будто на мгновение выключили огромный космический фен. Именно такое редкое явление наблюдали ученые в декабре 2022 года. И поверьте, последствия оказались весьма любопытными.

Как работает солнечный ветер?

Солнечный ветер, словно невидимые нити, протянуты от нашей звезды ко всем уголкам системы. Это поток ионов и электронов, летящих со скоростью от 400 до 1000 км/с. Когда эти частицы сталкиваются с магнитным полем и атмосферой планеты, на Земле, например, можно увидеть потрясающие полярные сияния. Марс же, лишенный глобального магнитного поля, сияет по-другому: его авроры рассеяны по всей поверхности, как будто призрачные узоры.

Но иногда случается странное. Солнечный ветер словно делает «паузу». Это происходит, когда быстродвижущийся поток обгоняет медленный, поглощая его. В итоге в потоке ветра образуется своеобразная «дыра» — область с очень низкой плотностью.

Что происходит, когда ветер «пропадает»?

Именно такой казус и произошел на Марсе в декабре 2022 года. Три дня подряд поток солнечного ветра почти исчез. Как это отразилось на Красной планете? Самым неожиданным образом: атмосфера и магнитосфера Марса резко расширились, увеличившись в объеме в три раза. Это как если бы, знаете, воздушный шарик надули, но только вместо шарика — целая планета! Кроме того, по поверхности Марса прокатилась сверхзвуковая ударная волна — своего рода «звуковой бум» в космосе.

Ученые из разных стран, объединившись, изучили это необычное явление с помощью данных космического аппарата MAVEN. Особое внимание они уделили изменениям в ионосфере — верхнем слое атмосферы, где находится множество заряженных частиц. Оказалось, что на ночной стороне Марса плотность плазмы — ионизированного газа — возросла в 2,5 раза! Это произошло из-за значительного увеличения давления в ионосфере по сравнению с давлением солнечного ветра.

Неожиданный рост ионов

Интересно, что количество электронов и ионов в ионосфере тоже увеличилось, но не равномерно. Если электронов стало в 2,5 раза больше, то ионов — аж в 10 раз! Более того, разные виды ионов демонстрировали разное увеличение: количество ионов азота (N+) выросло в 10 раз, а вот ионов кислорода (O+) — целых в 67!

Ученые предполагают, что такой рост плотности плазмы мог произойти из-за двух основных причин. Во-первых, из-за разницы давлений: высокое давление в ионосфере и низкое в солнечном ветре могло «вытолкнуть» плазму из нижних слоев. Во-вторых, возможно, плазма с дневной стороны Марса переместилась на ночную, как будто бы перелилась из одного сосуда в другой.

Магнитные петли и атмосфера

Для полноты картины исследователям необходимо лучше разобраться в роли магнитного поля. Магнитные поля — это как невидимые силовые линии, которые могут влиять на поведение плазмы. Если магнитные линии образуют замкнутую петлю, плазма оказывается в ловушке, и ей некуда уйти. Если же петля открыта, то плазма может либо улететь в космос, либо наоборот, плазма солнечного ветра может попасть в атмосферу Марса, меняя ее свойства.

В некоторых случаях магнитное поле может как бы «задрапировать» планету, в результате чего плазма ионосферы оказывается захваченной магнитным полем солнечного ветра и уносится в космос. Сила магнитного поля при этом также играет важную роль. В областях с сильным полем плазма удерживается прочнее, а там, где поле слабое, плазма движется свободнее.

Почему это важно?

Изучение подобных явлений не просто интересно, оно критически важно для будущего освоения Марса. Понимание того, как исчезновение солнечного ветра влияет на атмосферу, позволит нам глубже понять, как формировался климат планеты, и как она теряла свою атмосферу со временем. Кроме того, такие события могут напрямую влиять на работу космических аппаратов, находящихся на орбите Марса.

Представьте себе, что из-за расширения атмосферы спутники могут испытывать большее сопротивление, как будто они внезапно оказались в густом тумане. Для понимания, в 2022 году SpaceX потеряла 40 спутников, запущенных на низкую околоземную орбиту, из-за повышенной плотности в ионосфере во время геомагнитной бури. Аналогичные явления могут происходить и на Марсе.

Поэтому изучение космической погоды, как в периоды активности Солнца, так и в периоды его затишья, необходимо для безопасности будущих космических миссий, как роботизированных, так и пилотируемых. В конце концов, полученные знания могут помочь нам ответить на главный вопрос: был ли когда-то Марс обитаемым?