"Зонтик" магнитного поля защищает марсианскую атмосферу
Опубликовано в Spaceflight Now 17 декабря 2000 г.
Хотя Марс не имеет глобального защитного магнитного "экрана", как Земля, сильные локализованные магнитные поля, связанные с корой, являются, очевидно, значительным барьером для эрозии атмосферы под действием солнечного ветра.
Этот вывод, сделанный исследователем из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley), следует из новой карты границ ионосферы планеты, полученной космическим аппаратом Mars Global Surveyor. Согласно этим данным, там, где локальные магнитные поля сильны, ионосфера достигает большей высоты, т.е. солнечный ветер не проникает в эти области.
Это открытие позволяет предположить, что связанные с определенными участками коры магнитные поля могли бы играть важную роль в прошлой эволюции марсианской атмосферы. Если, как думают некоторые специалисты по Марсу, большая часть атмосферы планеты была унесена солнечным ветром, эта карта показывает, где солнечный ветер наносил, и продолжает наносить, наибольший урон.
"Ионосфера защищает более плотную часть марсианской атмосферы от "выметания" солнечным ветром," сказал Дэвид Митчелл (David Mitchell), физик-исследователь в Берклеевской лаборатории космических исследований (UC Berkeley's Space Sciences Laboratory), который составил карту на основе данных КА. "Наши данные впервые показывают, что связанные с корой магнитные поля являются важным фактором, ограничивающим эрозию атмосферы в определенных областях. Эти поля подобны зонтикам, разбросанным над поверхностью, защищающим атмосферу."
Карты ионосферы были представлены Митчеллом и его коллегами в субботу, 16 декабря, во время утренней информационной сессии на встрече Американского геофизического союза в Сан-Франциско.
Марс когда-то, вероятно, имел внутреннее "динамо", какое сейчас имеет Земля, которое генерировало глобальное магнитное поле, защищающее атмосферу от солнечного ветра.
Полученные ранее тем же космическим аппаратом данные, о которых сообщалось в 1998 году, указывали на то, что Марс, возможно, утратил свою магнитосферу около четырех миллиардов лет назад. Тогда атмосфера должна была почувствовать всю силу солнечного "сирокко" (сильный сухой южный ветер в Средиземноморье, приносящий из пустынь Северной Африки большое количество пыли и песка - V.B.) из ионизированных частиц. Хотя когда-то планета, очевидно, имела атмосферу, достаточно плотную для существования жидкой воды на поверхности, большая ее часть с тех пор исчезла.
Важным открытием стало то, что в результате столкновений с древними астероидами или кометами магнитное поле некоторых частей коры было стерто, и эти области впоследствии не были вновь намагничены. Так как эти "размагниченные" кратеры имеют возраст около четырех миллиардов лет, "динамо" должно было остановиться по крайней мере до этого времени.
"Обнаружение этих размагниченных и очень древних кратеров помогло нам определить время, когда динамо отключилось. Это была большая помощь, потому что теперь мы узнали, когда началась эрозия под действием солнечного ветра," сказал Митчелл. "Я же пытаюсь определить, где может происходить эрозия. Зная, где она происходит и когда она началась, мы можем количественно оценить ее масштаб."
Хотя Митчелл надеется вскоре использовать эту информацию, чтобы оценить, как быстро марсианская атмосфера диссипировала с течением времени, он сказал: "Мы пока еще не на той стадии, чтобы применить эту новую информацию для моделирования потери атмосферы."
Коллеги Митчелла - это Robert P. Lin, профессор физики в UC Berkeley и директор Лаборатории космических исследований; Henri Reme из Центра космических исследований (Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements, CESR) в Тулузе, Франция; Paul A. Cloutier из Департамента физики и астрономии Университета в Rice; а также J. E. P. Connerney и Mario Acuna из Центра космических полетов им. Годдарда NASA.
Данные были получены с помощью электронного рефлектометра на борту MGS, сконструированного в Лаборатории космических исследований и CESR для картографирования магнитных полей поверхности. Митчелл использовал этот прибор для определения того, находится ли аппарат, движущийся по орбите высотой 400 км над поверхностью, внутри планетной ионосферы или вне ее, в потоке солнечного ветра. Это можно определить, благодаря отчетливому различию энергетических спектров электронов ионосферы и электронов солнечного ветра.
В период с февраля 1999 по апрель 2000 космический аппарат отмечал положение ионопаузы - границы между ионосферой и солнечным ветром. В результате была получена карта по усредненным за этот период данным, собранным на тысячах витков орбиты, представляющая вероятность для каждой данной точки нахождения КА внутри или вне ионосферы.
 Карта ионосферы Марса; точнее, вероятность нахождения КА в ионосфере при движении по орбите высотой 400 км. Синий цвет соответствует низкой вероятности, т.е. аппарат при этом находится обычно в области солнечного ветра, а ионосфера расположена под ним. Желтый и красный цвет показывает области, где ионосфера обычно простирается выше 400 км. Эти области соответствуют районам сильного магнитного поля на поверхности. По данным Дэвида Митчелла, UC Berkeley |
При сравнении этой карты с картой магнитных полей на поверхности, полученной с помощью магнитометра, также находящегося на борту MGS, Митчелл заметил, что ионосфера простиралась до больших высот над сильными магнитными полями коры. Над областями слабого магнитного поля ионопауза редко достигала высоты орбиты КА, в то время как над сильными магнитными областями она почти всегда достигала высоты 400 км, и, возможно, простиралась выше на сотни километров.
"Эта корреляция поразительна," сказал Митчелл. "Когда аппарат летит над магнитными аномалиями, он почти всегда находится в ионосфере, тогда как над районами слабого магнетизма 90 процентов времени он находится в зоне солнечного ветра."
Марсианские магнитные поля коры загадочны сами по себе, так как они почти такой же силы на поверхности, как магнитное поле Земли - несколько десятых Гаусса, по сравнению с одной третьей Гаусса на Земле. К тому же они сгруппированы в параллельных экватору полосах с изменяющейся по их ширине полярностью, простираясь на расстояния более 1000 километров с севера на юг, подобно штриховому коду на поверхности планеты. Ученые еще не знают, какие материалы создают эти сильные поля, а также почему они возникают в виде таких полос.
 Карта вертикальной (радиальной) составляющей магнитного поля, создаваемого марсианской корой, полученная по данным магнитометра на борту MGS, нанесенная поверх фотографии марсианской поверхности. Северный полюс вверху. Обратите внимание на структуру полос в южном полушарии вблизи 180 градусов долготы с изменяющейся полярностью в направлении с юга на север. Адаптировано по данным Acuna и др. |
По словам Митчелла, связанные с корой поля существуют четыре миллиарда лет, отражая солнечный ветер. Несмотря на эту защиту над частью планеты, однако, солнечный ветер по-прежнему считается наиболее вероятной причиной потери атмосферы Марсом.
Сегодня атмосфера простирается на сотни километров в космос, где солнечный ветер может ионизировать атомы и уносить их с собой. Однако, на таких больших высотах плотность очень мала. Хотя ионосфера не достигает таких больших высот, она защищает наиболее плотную часть атмосферы от этого вида эрозии.
Линии магнитного поля могут быть изображены как полуцилиндры, ориентированные параллельно экватору и примыкающие сторонами друг к другу на поверхности. Места, где полуцилиндры касаются друг друга, являются районами сильного вертикального магнитного поля, где ионизированный водород и гелий солнечного ветра способны проникать до малых высот. Вершины цилиндров являются областями сильного горизонтального магнитного поля, действующего как зонтик, защищающий лежащую под ним атмосферу от солнечного ветра.
"Эти магнитные аномалии в коре формируют цилиндрические магнитные объекты, которые защищают атмосферу подобно тому, как дипольное поле Земли защищает всю Землю; отличие в том, что на Марсе оно локально," говорит Митчелл. "Вы можете наблюдать очень интересную картину защищенных областей и тех мест, где солнечный ветер проникает между ними."
Исследование поддерживается NASA.
Перевод: V.B.
