Den röda planetens låga gravitation och avsaknad av magnetfält gör dess yttersta atmosfär till ett lätt mål att sopas bort av solvinden, men nya bevis från ESA:s rymdfarkoster Mars Express visar att solens strålning kan spela en överraskande roll i dess flykt.

Varför atmosfären på stenplaneterna i det inre solsystemet utvecklades så olika under 4,6 miljarder år är nyckeln till att förstå vad som gör en planet beboelig. Medan jorden är en livsrik vattenvärld, vår mindre granne Mars förlorade mycket av sin atmosfär tidigt i sin historia, förvandlas från en varm och våt miljö till de kalla och torra slätter som vi observerar idag. Däremot Jordens andra granne Venus, som även om den är ogästvänlig idag är jämförbar i storlek med vår egen planet, och har en tät atmosfär.

Ett sätt som ofta anses bidra till att skydda en planets atmosfär är genom ett internt genererat magnetfält, som på jorden. Magnetfältet avleder laddade partiklar från solvinden när de strömmar bort från solen, rista ut en skyddande "bubbla" - magnetosfären - runt planeten.

På Mars och Venus, som inte genererar ett inre magnetfält, det största hindret för solvinden är den övre atmosfären, eller jonosfären. Precis som på jorden, ultraviolett solstrålning separerar elektroner från atomerna och molekylerna i denna region, skapa ett område av elektriskt laddad – joniserad – gas:jonosfären. På Mars och Venus interagerar detta joniserade skikt direkt med solvinden och dess magnetfält för att skapa en inducerad magnetosfär, som verkar för att bromsa och avleda solvinden runt planeten.

I 14 år, ESA:s Mars Express har tittat på laddade joner, som syre och koldioxid, flödar ut i rymden för att bättre förstå i vilken takt atmosfären flyr ut från planeten.

Studien har avslöjat en överraskande effekt, med solens ultravioletta strålning en viktigare roll än man tidigare trott.

"Vi brukade tro att jonflykten uppstår på grund av en effektiv överföring av solvindenergin genom den magnetiska barriären som induceras av mars till jonosfären, säger Robin Ramstad på Svenska Institutet för rymdfysik, och huvudförfattare till Mars Express-studien.

"Kanske kontraintuitivt, vad vi faktiskt ser är att den ökade jonproduktionen som utlöses av ultraviolett solstrålning skyddar planetens atmosfär från energin som bärs av solvinden, men väldigt lite energi krävs faktiskt för att jonerna ska kunna fly av sig själva, på grund av den låga tyngdkraften som binder atmosfären till Mars. "

Den joniserande naturen hos solens strålning visar sig producera fler joner än vad som kan avlägsnas av solvinden. Även om den ökade jonproduktionen hjälper till att skydda den nedre atmosfären från energin från solvinden, uppvärmningen av elektronerna verkar vara tillräcklig för att dra med joner under alla förhållanden, skapa en "polär vind". Mars svaga gravitation – ungefär en tredjedel av jordens – betyder att planeten inte kan hålla fast vid dessa joner och att de lätt flyr ut i rymden, oavsett den extra energi som en stark solvind ger.

På Venus, där gravitationen liknar jordens, Det krävs mycket mer energi för att strippa atmosfären på detta sätt, och joner som lämnar solsidan skulle sannolikt falla tillbaka mot planeten på läsidan om de inte accelereras ytterligare.

"Vi drar därför slutsatsen att i våra dagar, jonflykt från Mars är i första hand produktionsbegränsad, och inte energibegränsad, medan det vid Venus sannolikt kommer att vara energibegränsat med tanke på den större planetens högre gravitation och höga joniseringshastighet, att vara närmare solen, "tillägger Robin.

"Med andra ord, solvinden hade sannolikt bara en mycket liten direkt effekt på mängden Mars atmosfär som har gått förlorad över tiden, och förstärker bara accelerationen av redan avgående partiklar. "

"Kontinuerlig övervakning av Mars sedan 2004, som täckte förändringen i solaktivitet från solminimum till maximum, ger oss ett stort dataset som är avgörande för att förstå det långsiktiga beteendet hos en planets atmosfär och dess interaktion med solen, säger Dmitri Titov, ESA:s Mars Express Project Scientist. "Samarbete med NASAs MAVEN-uppdrag, som har funnits på Mars sedan 2014, tillåter oss också att studera de atmosfäriska flyktprocesserna mer i detalj. "

Studien har också konsekvenser för sökandet efter jordliknande atmosfärer på andra håll i universum.

"Kanske är ett magnetfält inte lika viktigt för att skydda en planets atmosfär som planetens gravitation själv, som definierar hur väl den kan hänga på sina atmosfäriska partiklar efter att de har joniserats av solens strålning, oavsett kraften i solvinden, " tillägger Dmitri.