NASA föreslår en magnetisk sköld för att skydda Mars atmosfär

Denna vecka, NASA:s Planetary Science Division (PSD) var värd för en community workshop på deras högkvarter i Washington, DC. Känd som "Planetary Science Vision 2050 Workshop", detta evenemang pågick från 27 februari till 1 mars, och såg forskare och forskare från hela världen stiga ner på huvudstaden för att delta i paneldiskussioner, presentationer, och talar om framtiden för rymdutforskning.

En av de mer spännande presentationerna ägde rum på onsdagen, 1 mars, där utforskning av Mars av mänskliga astronauter diskuterades. Under samtalets gång som fick titeln "A Future Mars Environment for Science and Exploration", Regissören Jim Green diskuterade hur utplacering av en magnetisk sköld kan förbättra Mars atmosfär och underlätta besättningar där i framtiden.

Det nuvarande vetenskapliga samförståndet är att som jorden, Mars hade en gång ett magnetfält som skyddade dess atmosfär. För ungefär 4,2 miljarder år sedan, planetens magnetfält försvann plötsligt, vilket gjorde att Mars atmosfär långsamt gick förlorad i rymden. Under de närmaste 500 miljoner åren, Mars gick från att vara varmare, fuktigare miljö för kylan, obeboelig plats vi känner idag.

Denna teori har under de senaste åren bekräftats av omloppsbanor som ESA:s Mars Express och NASA:s Mars Atmosphere and Volatile Evolutionio Mission (MAVEN), som har studerat Mars -atmosfären sedan 2004 och 2014, respektive. Förutom att fastställa att solvinden var ansvarig för att tömma Mars atmosfär, dessa sonder har också mätt den hastighet med vilken det fortfarande går förlorat idag.

Utan denna atmosfär, Mars kommer att fortsätta vara förkyld, torr plats där livet inte kan blomstra. Utöver det, framtida besättningsuppdrag - som NASA hoppas kunna montera vid 2030 -talet - kommer också att behöva hantera några allvarliga faror. Främst bland dessa kommer att vara exponering för strålning och risk för kvävning, vilket kommer att utgöra en ännu större fara för kolonister (om några kolonialförsök görs).

Som svar på denna utmaning, Dr Jim Green - chef för NASA:s planetariska vetenskapsavdelning - och en panel av forskare presenterade en ambitiös idé. I huvudsak, de föreslog att genom att placera en magnetisk dipolsköld vid Mars L1 Lagrange Point, en artificiell magnetosfär skulle kunna bildas som skulle omfatta hela planeten, vilket skyddar den från solvind och strålning.

Naturligtvis, Green och hans kollegor erkände att idén kanske låter lite "fantasifull". Dock, de var snabba med att betona hur ny forskning om miniatyrmagnetosfärer (för att skydda besättningar och rymdfarkoster) stöder detta koncept:

"Denna nya forskning kommer till stånd på grund av tillämpningen av fullständiga plasmafysikkoder och laboratorieexperiment. I framtiden är det fullt möjligt att en uppblåsbar struktur kan generera ett magnetiskt dipolfält på en nivå av kanske 1 eller 2 Tesla ( eller 10, 000 till 20, 000 Gauss) som en aktiv sköld mot solvinden. "

Dessutom, placeringen av denna magnetiska sköld skulle säkerställa att de två regioner där det mesta av Mars atmosfär går förlorad skulle skyddas. Under presentationen, Green och panelen indikerade att dessa är de största flyktkanalerna, "över den norra polarhatten som involverar jonosfäriskt material med högre energi, och 2) i ekvatorialzonen som innefattar en säsongsbetonad lågenergikomponent med så mycket som 0,1 kg/s utsläpp av syrejoner. "

För att testa denna idé, forskargruppen - som inkluderade forskare från Ames Research Center, Goddard Space Flight Center, University of Colorado, Princeton Universitet, och Rutherford Appleton Laboratory - genomförde en rad simuleringar med hjälp av deras föreslagna artificiella magnetosfär. Dessa kördes på Coordinated Community Modelling Center (CCMC), som specialiserat sig på rymdväderforskning, för att se vad nettoeffekten skulle bli.

Vad de fann var att ett dipolfält placerat vid Mars L1 Lagrange Point skulle kunna motverka solvind, så att Mars atmosfär skulle uppnå en ny balans. För närvarande, atmosfärsförlust på Mars balanseras till viss del genom att vulkaniskt passerar från Mars inre och jordskorpan. Detta bidrar till en ytatmosfär som är cirka 6 mbar i lufttryck (mindre än 1% jämfört med havsnivån på jorden).

Som ett resultat, Mars atmosfär skulle naturligtvis tjockna med tiden, vilket leder till många nya möjligheter för mänsklig utforskning och kolonisering. Enligt Green och hans kollegor, dessa skulle inkludera en genomsnittlig ökning av cirka 4 ° C (~ 7 ° F), vilket skulle räcka för att smälta koldioxidisen i den norra polisisen. Detta skulle utlösa en växthuseffekt, värmer atmosfären ytterligare och gör att vattenisen i polkapslarna smälter.

Med sina beräkningar, Green och hans kollegor uppskattade att detta kan leda till att 1/7 av Mars hav - de som täckte det för miljarder år sedan - skulle återställas. Om detta börjar låta lite som en föreläsning om hur man terraformar Mars, det är förmodligen för att samma idéer har väckts av människor som förespråkar just det. Men under tiden, dessa förändringar skulle underlätta människors utforskning mellan nu och mitten av århundradet.

"En starkt förbättrad Mars -atmosfär, både i tryck och temperatur, det skulle räcka för att möjliggöra betydande flytande ytvatten skulle också ha ett antal fördelar för vetenskap och människors utforskning på 2040 -talet och framåt, "sa Green." Ungefär som jorden, en förbättrad atmosfär skulle:tillåta större landad massa utrustning till ytan, skydda mot den mesta kosmiska och solpartikelstrålningen, utöka förmågan för syrextraktion, och tillhandahålla växthus "utomhus" för växtproduktion, bara för att nämna några."

Dessa villkor, sa Green och hans kollegor, skulle också göra det möjligt för mänskliga upptäcktsresande att studera planeten i mycket större detalj. Det skulle också hjälpa dem att bestämma planetens bostad, eftersom många av de tecken som pekade mot att det tidigare var beboeligt (dvs. flytande vatten) långsamt skulle sippra tillbaka in i landskapet. Och om detta kunde uppnås inom några decennier, det skulle säkert hjälpa till att bana väg för kolonisering.

Sålänge, Green och hans kollegor planerar att granska resultaten av dessa simuleringar så att de kan ge en mer exakt bedömning av hur lång tid dessa förväntade förändringar skulle ta. Det kan inte heller skada att göra några kostnadsbedömningar av denna magnetiska sköld. Även om det kan verka som något ur science fiction, det skadar inte att knäcka siffrorna!