Частицам, содержащимся в верхних слоях атмосферы Марса в 5 раз проще и легче попасть в космическое пространство, нежели атомам и молекулам верхних слоев атмосферы Земли или Венеры. Американскому искусственному спутнику Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN), который выйдет на орбиту Красной планеты менее чем через 7 месяцев, предстоит выяснить, почему Марс теряет свою атмосферу, и какова роль этих процессов в изменениях марсианского климата.
По словам Davin Larson, научного руководителя одного из научных инструментов MAVEN, основная цель спутника заключается в том, чтобы выяснить, что именно произошло с атмосферой Марса. Он отмечает, что потеря атмосферы Марса, вполне возможно, происходила несколькими путями, но тот факт, что большинство все же «сбежало» в космос, сложно оспорить.
«Побег» атмосферных частиц не может происходить самостоятельно. Для того, чтобы атомы, ионы или молекулы попали в космическое пространство, как правило, нужен «сообщник». Обычно таковым выступает Солнце.
Один из способов освобождения «пленной» частицы носит название «гравитационная неустойчивость» (неустойчивость Джинса — Jeans escape). Этот процесс происходит, когда атмосфера планеты нагревается за счет событий, происходящих на Солнце. Частицы под влиянием гравитационных возмущений, начинают двигаться настолько быстро, что достигают при этом скорости, достаточной для того, чтобы покинуть атмосферу.
Ещё один возможный сценарий потери атмосферы – это фотоионизация. В этом случае стремительные фотоны Солнца «выбивают» электроны из атмосферных частиц, после чего те приобретают положительный заряд. У таких частиц риск того, что они будут «пойманы» слабым магнитным полем намного ниже, а вот вероятность «сдутия» солнечным ветром – на порядок выше.
В то же время, нововысвобожденные электроны разбивают другие молекулы. Этот процесс известен как диссоциация. Более того, ежедневно ионы солнечного ветра и радиационные пояса «разбивают» атмосферу, частицу за частицу, в рамках процесса, получившего название распыление.
Распыление, диссоциация, фотоионизация и неустойчивость Джинса – любой из этих механизмов может привести к потере ионосферы – верхних слоев атмосферы. Это в свою очередь затрагивает и более низкую атмосферу Красной планеты.
В виду того, что магнитное поле на Марсе практически отсутствует, атмосферные потери на Марсе столь широкомасштабны. По мнению учёных, спустя 3,8 млрд. лет после того как Марс потерял свою магнитосферу, ответственность за исчезновение воздуха и океанов с его поверхности полностью ложится на Солнце.
Для проверки этой гипотезы MAVEN был оснащён четырьмя датчиками, каждый из которых измеряется свой солнечный «аспект»: Solar Energetic Particle (SEP) – анализ высокоэнергетических частиц; Solar Wind Ion Analyzer (SWIA) – анализ ионов солнечного ветра; Solar Wind Electron Analyzer (SWEA) — анализ электронов солнечного ветра; SupraThermal and Thermal Ion Composition (STATIC)- анализ сверхгорячих ионов.
Учёные убеждены, что уже к началу следующего года они смогут воссоздать более полную картину того, как частицы покидают ионосферу. По их словам, MAVEN даст более полное представление о том, что случилось с 85-95% первоначальной атмосферы Красной планеты, которая, вероятнее всего, поддерживала реки, озера и мелкие океаны на поверхности Марса. Исследователи надеются впервые в истории вычислить количество энергии, которая способна «стереть небо».
