När vi jämför de av solsystemets stenplaneter som vid någon tidpunkt i historien kan ha räknats som beboeliga, det vill säga Venus och Mars, med jorden brukar ett tillbörligt fokus läggas på planeternas atmosfärer och magnetfält och i synnerhet betydelsen magnetfältens vara eller icke-vara har för atmosfärerna.
Vi vana vid att tänka på att Mars, till skillnad från jorden, inte har något starkt magnetfält och att det är en av anledningarna till varför den i det långa loppet inte har lyckats bibehålla en tjock atmosfär. Det har länge antagits att Mars svaga magnetfält tillåtit solvindarna att kontinuerligt erodera bort atmosfären ifråga men aldrig exakt hur.
För några år sedan visade analyser av mätningar från instrumentet ASPERA-3 (Analyser of Space Plasmas and Energetic Atoms) ombord på sonden Mars Express att utflödet av joniserade partiklar i den övre marsatmosfären var lägre än vad man ditintills hade trott och att den totala atmosfärsförlusten till följd av solvindar under den senaste årmiljarden endast uppgick till motsvarande 1% av jordens atmosfär.
Det tar Robin Ramstad, rymdfysiker vid University of Colorado i USA, upp i sin artikel Stora frågor, liten planet: den otroliga historien om Mars i Populär Astronomi 2018. Emellertid pekar nyare studier av marsatmosfären nu återigen på att solvindarna mycket riktigt spelar en väsentlig roll i det hela.
Själva naturen av Mars magnetfält skiljer sig från jordens i det att jordens magnetfält genereras av elektriska strömmar i dess inre, medan Mars på grund av sin annorlunda interiör inte förmår att själv skapa sitt magnetfält annat än i relativt små partier som härstammar från magnetiserade områden i skorpan. Således måste det magnetfält som den röda planeten faktiskt har, förklaras på ett annat sätt än genom de geologiska processer vi finner hos jorden och tack vare NASA-kretsaren MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) har man börjat kunna reda ut vad som egentligen försiggår ovanför Mars.
Mars magnetosfär kan beskrivas som “inducerad” och inducerade magnetosfärer kan skapas kring icke-magnetiserade objekt som en interaktion mellan planetära objekts jonosfärer och flödet av magnetiserad plasma (exempelvis solvindar). Det är svårt för de magnetiskt laddade solvindarna att tränga igenom den övre atmosfären hos ickemagnetiserade planeter som Mars så vad som istället händer är att strömmarna i jonosfären orsakar en förstärkning av det inducerade magnetfältet. Dessa strömmar har hitintills varit relativt outforskade, men med hjälp av den data som MAVEN under fem års tid samlat in har Robin Ramstad, tillsammans med en grupp andra forskare, kunnat studera strömmarna närmare.
Elektriskt Mars: Den här illustrationen är en vetenskaplig visualisering av de elektriska strömmarna kring Mars. De röda och blå pilarna visar elektriska strömmar som omsluter Mars i en inkapslad struktur av dubbla öglor som kontinuerligt löper runt hela planeten. “Öglorna” distorterar magnetfältet hos solvindarna (ej synligt på bilden) och transporterar elektrisk och magnetisk energi som genereras på gränsen till det inducerade magnetfältet och solvindens bågchock. Bild: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS/Cindy Starr
När joner och elektroner kolliderar med det förstärkta inducerade magnetfältet, tvingas de att separera på grund av motsatta laddningar, vilket innebär att joner rör sig i en riktning och elektroner i en annan, vilket i sin tur ger upphov till de elektriska strömmar som löper från planetens dagsida till dess nattsida. Samtidigt orsakar röntgen- och UV-strålning från solen en konstant jonisering av Mars övre atmosfär och förvandlar den till en kombination av elektroner och elektriskt laddade joner som kan leda elektricitet.
Strömmarna konverterar energin från solvindarna till magnetiska och elektriska fält som accelererar de laddade atmosfäriska partiklarna så att flykthastigheten ökar och de på så vis kan frigöra sig från Mars atmosfär. Nya resultat avslöjar åtskilliga oväntade förekomster som korresponderar mot MAVEN:s uppdrag att förstå vad som ligger bakom atmosfärsflykten på Mars, då energin förefaller att ske i en mycket större omfattning än vad som tidigare antagits.
Solvindsdriven atmosfärsförlust är någonting som har pågått i några miljarder år och tillsammans med grundläggande dåliga förutsättningar för Mars att bibehålla en tjock atmosfär, i och med låg gravitation och avstannade geologiskt drivna magnetfält, har den bidragit till att förändra ett en gång varmt och vattenrikt Mars till en kall, karg ökenplanet.
– Det här är första gången någon farkost lyckats globalt kartlägga strömmarna i en inducerad magnetosfär, säger Robin Ramstad.
– Strömmarna som MAVEN mäter visar hur solvindens energi överförs till Mars atmosfär där den driver på jonutflödet och därmed flykten av atmosfären ut i rymden. Eftersom MAVEN även mäter jonutflödet så kommer vi nu kunna ta reda på om energiflödet – den så kallade Poyntingvektorn – fundamentalt begränsar atmosfärsflykten, eller om någon annan process gör det istället, förklarar han.
MAVEN kommer att fortsätta utforskningen av atmosfärsflykten och ta reda på hur mycket av atmosfären som redan gått förlorad och eftersom dess uppdrag har förlängts tills vidare kommer Robin Ramstad och hans kollegor att ha gott om tid att forska vidare i ämnet.
Läs mer i Nature och på NASAs hemsida.
