Fem år efter att NASA:s rymdfarkost MAVEN gick in i omloppsbana runt Mars, data från uppdraget har lett till skapandet av en karta över elektriska strömsystem i Mars atmosfär.

"Dessa strömmar spelar en grundläggande roll i den atmosfäriska förlusten som förvandlade Mars från en värld som kunde ha försörjt liv till en ogästvänlig öken, " sade experimentfysikern Robin Ramstad vid University of Colorado, Flyttblock. "Vi arbetar nu med att använda strömmarna för att bestämma den exakta mängden energi som dras från solvinden och driver atmosfärisk flykt." Ramstad är huvudförfattare till en artikel om denna forskning publicerad 25 maj i Natur astronomi .

Jorden har sådana nuvarande system, också:vi kan till och med se dem i form av färgglada uppvisningar av ljus på natthimlen nära polarområdena som kallas norrskenet, eller norr- och södersken. Jordens norrsken är starkt kopplade till strömmar, genereras av växelverkan mellan jordens magnetfält och solvinden, som flödar längs vertikala magnetfältslinjer in i atmosfären, koncentrerar sig i polarområdena. Studerar strömmen av elektricitet tusentals miles ovanför våra huvuden, fastän, berättar bara en del av historien om situationen på Mars. Skillnaden ligger i planeternas respektive magnetfält, för medan jordens magnetism kommer inifrån, Mars gör det inte.

Planetära magnetfält

Jordens magnetism kommer från dess kärna, där smält, elektriskt ledande järn flödar under skorpan. Dess magnetfält är globalt, vilket betyder att den omger hela planeten. Eftersom Mars är en stenig, jordisk planet som jorden, man kan anta att samma sorts magnetiska paradigm fungerar där, för. Dock, Mars genererar inte ett magnetfält på egen hand, utanför relativt små fläckar av magnetiserad skorpa. Något annat än det vi observerar på jorden måste hända på den röda planeten.

Vad händer ovanför Mars?

Solvinden, består till stor del av elektriskt laddade elektroner och protoner, blåser konstant från solen i cirka en miljon miles per timme. Det flyter runt och interagerar med objekten i vårt solsystem. Solvinden är också magnetiserad och detta magnetfält kan inte lätt penetrera den övre atmosfären på icke-magnetiserade planeter som Mars. Istället, strömmar som den inducerar i planetens jonosfär orsakar en upphopning och förstärkning av magnetfältet, skapar en så kallad inducerad magnetosfär. Hur solvinden driver denna inducerade magnetosfär på Mars har inte förståtts väl förrän nu.

När joner och elektroner från solvinden slår in i detta starkare inducerade magnetfält nära Mars, de tvingas flyta isär på grund av sin motsatta elektriska laddning. Vissa joner flödar i en riktning, några elektroner åt andra hållet, bildar elektriska strömmar som draperar runt från dagsidan till planetens nattsida. På samma gång, solröntgenstrålar och ultraviolett strålning joniserar ständigt en del av den övre atmosfären på Mars, omvandla det till en kombination av elektroner och elektriskt laddade joner som kan leda elektricitet.

"Mars atmosfär beter sig lite som en metallsfär som stänger en elektrisk krets, ", sa Ramstad. "Strömmarna flyter i den övre atmosfären, med de starkaste strömskikten kvar på 120-200 kilometer (cirka 75-125 miles) över planetens yta." Både MAVEN och tidigare uppdrag har sett lokala antydningar om dessa nuvarande skikt tidigare, men de har aldrig tidigare kunnat kartlägga hela kretsen, från dess uppkomst i solvinden, till där den elektriska energin deponeras i den övre atmosfären.

Att direkt upptäcka dessa strömmar i rymden är ökänt svårt. Lyckligtvis, strömmarna förvränger magnetfälten i solvinden, detekteras av MAVENs känsliga magnetometer. Teamet använde MAVEN för att kartlägga den genomsnittliga magnetiska fältstrukturen runt Mars i tre dimensioner och beräknade strömmarna direkt från deras förvrängningar av magnetfältets struktur.

"Med en enda elegant operation, strömmarnas styrka och banor dyker upp från denna karta över magnetfältet, sa Ramstad.

Den röda planetens öde

Utan ett globalt magnetfält som omger Mars, strömmarna som induceras i solvinden kan bilda en direkt elektrisk koppling till Mars övre atmosfär. Strömmarna omvandlar solvindens energi till magnetiska och elektriska fält som accelererar laddade atmosfäriska partiklar ut i rymden, driver atmosfärisk flykt till rymden. De nya resultaten avslöjar flera oväntade egenskaper som är specifika för MAVENs mål att förstå atmosfärisk flykt:energin som driver flykt verkar hämtas från en mycket större volym än vad som ofta antogs.

Solvindsdriven atmosfärisk förlust har varit aktiv i miljarder år och bidragit till att Mars omvandlas från en varm och blöt planet som kunde ha hyst liv till en global kall öken. MAVEN fortsätter att utforska hur denna process fungerar och hur mycket av planetens atmosfär som har gått förlorad.

Denna forskning finansierades av MAVEN-uppdraget. MAVENs huvudutredare är baserad på University of Colorados laboratorium för atmosfärs- och rymdfysik, Flyttblock, och NASA Goddard sköter MAVEN-projektet. NASA utforskar vårt solsystem och vidare, upptäcka världar, stjärnor, och kosmiska mysterier nära och fjärran med vår kraftfulla flotta av rymd- och markbaserade uppdrag.