Mars nie zawsze był zimną i suchą pustynią, którą znamy dzisiaj. Przed miliardami lat na powierzchni Czerwonej Planety mogła znajdować się ciekła woda, a atmosfera była znacznie grubsza niż obecnie. Naukowcy od lat próbują ustalić, co sprawiło, iż Mars utracił większość swojej osłony gazowej. Najnowsze badania wskazują na niezwykły proces przypominający zjawiska zachodzące na ziemskich oceanach.
Za część utraty atmosfery Marsa odpowiada nieustanny strumień cząstek wyrzucanych przez Słońce, czyli wiatr słoneczny. Pozbawiona globalnego pola magnetycznego planeta jest niemal bezbronna wobec tego kosmicznego oddziaływania. Badacze odkryli, iż wiatr słoneczny może wprawiać górne warstwy marsjańskiej atmosfery w ruch, tworząc ogromne fale, które pomagają wyrzucać cząstki atmosfery w przestrzeń kosmiczną.
Mars nie ma tarczy ochronnej przed wiatrem słonecznym
Słońce nieustannie emituje w przestrzeń kosmiczną strumień naładowanych cząstek. Ten przepływ plazmy nazywany jest wiatrem słonecznym i dociera do wszystkich planet Układu Słonecznego. Ziemia jest jednak w dużej mierze chroniona przed jego działaniem dzięki silnemu globalnemu polu magnetycznemu, które działa niczym niewidzialna tarcza.
Mars znajduje się w zupełnie innej sytuacji. Czerwona Planeta utraciła swoje globalne pole magnetyczne miliardy lat temu, prawdopodobnie w wyniku zmian zachodzących we wnętrzu planety. W efekcie górna atmosfera Marsa pozostaje bezpośrednio wystawiona na działanie wiatru słonecznego.
To właśnie ten proces jest jednym z głównych podejrzanych odpowiedzialnych za powolne wyparowywanie marsjańskiej atmosfery. Naładowane cząstki pochodzące z atmosfery mogą być przejmowane przez wiatr słoneczny i unoszone poza planetę. W skali milionów i miliardów lat taki mechanizm może całkowicie zmienić klimat świata planetarnego.
Kosmiczny wiatr tworzy fale podobne do tych na wodzie
Najnowsze badanie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Bostońskiego i opublikowane w czasopiśmie Science Advances pokazuje, iż utrata atmosfery Marsa może przebiegać w bardziej skomplikowany sposób, niż wcześniej zakładano.
Według badaczy wiatr słoneczny może mieszać granicę między przestrzenią kosmiczną a górną atmosferą Marsa podobnie jak wiatr poruszający powierzchnię jeziora lub oceanu. Na Ziemi takie oddziaływanie prowadzi do powstawania fal i wirów. W przypadku Marsa tworzą się ogromne struktury zwane falami Kelvina-Helmholtza.
Są to zjawiska występujące wtedy, gdy dwie warstwy płynu lub gazu poruszają się względem siebie z różnymi prędkościami. Na naszej planecie można je czasami zobaczyć w postaci charakterystycznych falistych formacji chmur. Na Marsie podobny mechanizm zachodzi jednak na ogromną skalę, w granicy pomiędzy atmosferą a przestrzenią międzyplanetarną.
Naukowcy sugerują, iż te kosmiczne fale mogą odgrywać istotną rolę w tworzeniu dużych obłoków plazmy, które następnie uciekają z atmosfery Marsa.
Dwie sondy pomogły rozwiązać zagadkę utraty atmosfery
Do odkrycia nie doszłoby bez połączenia danych z dwóch różnych misji kosmicznych. Badacze wykorzystali informacje z amerykańskiej sondy MAVEN oraz chińskiej misji Tianwen-1.
Sonda Tianwen-1 pozwoliła naukowcom obserwować wiatr słoneczny zanim dotarł on do Marsa. Dzięki temu badacze mogli sprawdzić, jakie adekwatności miały strumienie cząstek nadlatujące ze Słońca. MAVEN natomiast badała samą atmosferę Marsa i mierzyła cząstki, które już opuszczały planetę.
Połączenie tych dwóch zestawów danych umożliwiło pierwszy tak dokładny związek między zmianami w wietrze słonecznym a faktyczną utratą jonów atmosferycznych z Marsa.
Jak wyjaśniają autorzy badania, wcześniej naukowcy wiedzieli, iż w pobliżu Marsa pojawiają się ogromne obłoki plazmy zawierające cząstki pochodzące z atmosfery. Nie było jednak jasne, w jaki sposób dokładnie powstają i co uruchamia ten proces.
Nowe obserwacje wskazują, iż istotną rolę mogą odgrywać właśnie fale Kelvina-Helmholtza.
Atmosfera Marsa ucieka nierównomiernie
Badacze odkryli również, iż proces ten nie zachodzi równomiernie wokół całej planety. Ucieczka atmosfery jest szczególnie widoczna po jednej stronie Marsa, a jej intensywność zależy od kierunku pola elektrycznego generowanego przez wiatr słoneczny.
To ważna wskazówka, ponieważ pokazuje, iż utrata atmosfery nie jest prostym, równomiernym zdmuchiwaniem gazów z całej planety. Jest raczej wynikiem skomplikowanych interakcji między wiatrem słonecznym, polem elektrycznym i górnymi warstwami atmosfery.
Naukowcy chcą teraz dokładniej ustalić, kiedy fale Kelvina-Helmholtza pojawiają się najczęściej, jak gwałtownie rosną i jak duży udział mają w całkowitej utracie atmosfery Marsa.
Czy podobny los może spotkać inne planety
Historia Marsa jest dla naukowców czymś więcej niż tylko opowieścią o jednej planecie. Pokazuje bowiem, jak bardzo atmosfera wpływa na możliwość istnienia warunków sprzyjających życiu.
Dzisiaj Mars jest zimnym i suchym światem, ale miliardy lat temu mógł wyglądać zupełnie inaczej. Grubsza atmosfera pozwalała utrzymywać wyższe temperatury, a na powierzchni mogła występować ciekła woda. Stopniowa utrata gazowej powłoki zmieniła planetę w miejsce, które znamy obecnie.
Zrozumienie tego procesu może pomóc naukowcom nie tylko w badaniu przeszłości Marsa, ale także w analizowaniu innych planet pozasłonecznych. Jak zauważają badacze, podobne mechanizmy mogą występować na światach pozbawionych silnego pola magnetycznego.
W przyszłości kolejne misje kosmiczne mają dostarczyć jeszcze więcej danych na temat tego, jak wiatr słoneczny wpływa na Marsa. Następcą badań prowadzonych przez MAVEN ma być między innymi misja NASA ESCAPADE, która została zaprojektowana właśnie do badania oddziaływania Słońca z marsjańską atmosferą.
Odpowiedź na pytanie, dlaczego Mars utracił swoją dawną atmosferę, może być jednocześnie kluczem do zrozumienia, jak długo planety mogą zachować warunki sprzyjające życiu.
Głowna ilustracja: Powierzchnia Marsa. Fot. NASA
