Jak sluneční vítr obral Mars o atmosféru

Planeta, která kdysi vypadala jako Země

Mars je dnes pustý, radiací zničený svět s atmosférou, která je sotva 1 % tak hustá jako ta pozemská. Povrchové teploty v noci klesají až na –80 °C a tekutá voda nemůže na povrchu existovat. Přesto starověká koryta řek, jezerní pánve a ložiska nerostů vyprávějí zcela jiný příběh. Zhruba před čtyřmi miliardami let byl Mars teplejší a vlhčí – planeta, která možná hostila podmínky nezbytné pro život. Co se stalo? Krátká odpověď přichází od Slunce, rychlostí více než milion mil za hodinu.

Co je to sluneční vítr?

Sluneční vítr je nepřetržitý proud nabitých částic – většinou protonů a elektronů – které Slunce vypuzuje ze své vnější atmosféry, koróny, do sluneční soustavy. Tyto částice se pohybují rychlostí od 400 do 900 km/s a nesou s sebou fragmenty slunečního magnetického pole. Když sluneční vítr dosáhne planety, to, co se stane dál, závisí téměř výhradně na jedné věci: zda má tato planeta vlastní globální magnetické pole.

Zemi chrání silná magnetosféra generovaná jejím roztaveným, rotujícím železným jádrem. Tento neviditelný štít odklání většinu slunečního větru kolem planety a bezpečně usměrňuje nabité částice k pólům – kde vytvářejí polární záře. Bez tohoto štítu by se naše atmosféra pomalu erodovala do vesmíru. Mars, katastrofálně, tuto ochranu dávno ztratil.

Jak Mars ztratil svůj magnetický štít

Vědci se domnívají, že Mars kdysi měl aktivní magnetické pole generované dynamem ve svém kovovém jádru, podobně jako Země. Ale Mars má zhruba poloviční průměr a desetinu hmotnosti Země, což znamená, že jeho vnitřek chladl mnohem rychleji. Mezi 3,7 a 4,2 miliardami let se toto vnitřní dynamo vypnulo. Globální magnetické pole se zhroutilo a Mars zůstal nahý před slunečním větrem.

Výzkum publikovaný v Harvard Gazette a podpořený daty z marťanských meteoritů pomohl zúžit tuto časovou osu. Některé oblasti marťanské kůry stále nesou zkamenělé magnetické signatury – pozůstatky starověkého pole zamrzlé do horniny předtím, než dynamo zaniklo. Tyto kůrové anomálie patří mezi nejsilnější důkazy, že Mars kdysi měl ochrannou magnetosféru srovnatelnou se Zemí.

Jak sluneční vítr eroduje atmosféru

Bez magnetického štítu sluneční vítr interaguje přímo s horní atmosférou Marsu. Dva hlavní procesy pohánějí ztrátu atmosféry:

• Zachytávání iontů: Magnetické pole zabudované ve slunečním větru generuje elektrické pole, když se přehání kolem Marsu. Toto pole urychluje elektricky nabité atomy a molekuly v horní atmosféře – nazývané ionty – a vymršťuje je do vesmíru obrovskou rychlostí.
• Rozprašování: Vysokoenergetické částice slunečního větru narážejí do marťanské atmosféry a fyzicky uvolňují molekuly plynu, podobně jako kulečníkové koule rozptýlené po stole.

Tyto procesy se mohou zdát pomalé, ale v geologickém čase jsou zničující. NASA odhaduje, že sluneční vítr v současnosti odstraňuje asi 100 gramů marťanské atmosféry za sekundu – a během slunečních bouří tato rychlost dramaticky stoupá. Vynásobte to miliardami let a kumulativní ztráta je ohromující.

Co odhalila mise MAVEN od NASA

Nejjasnější obraz tohoto procesu pochází z MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN), kosmické lodi NASA, která obíhá Mars od roku 2014. MAVEN byl navržen speciálně ke studiu horní atmosféry a měření, jak rychle se ztrácí do vesmíru.

Její zjištění, o kterých informovala NASA a podrobně je popsala Planetary Society, byla ohromující. MAVEN potvrdil, že odstraňování slunečním větrem je dominantním mechanismem ztráty atmosféry Marsu. Kosmická loď změřila, že zhruba 65 % veškerého argonu, který kdysi existoval v marťanské atmosféře, již bylo ztraceno do vesmíru. Argon je chemicky inertní, takže jeho ztráta je čistým ukazatelem fyzického úniku – neovlivněného chemickými reakcemi.

MAVEN také zmapoval, kde plyn uniká. Asi 75 % proudí ven přes magnetický ohon planety – oblast přímo za Marsem, odvrácenou od Slunce – zatímco zhruba 25 % uniká polárními chocholy. Rozptýlený halo unikajícího plynu obklopuje celou planetu.

Jedno dramatické pozorování MAVEN přišlo, když sluneční vítr dočasně zmizel během neobvyklého klidu ve sluneční aktivitě. Tenká atmosféra Marsu viditelně nabobtnala ven bez tlaku větru. Když se sluneční vítr vrátil, ztráta atmosféry pokračovala. Experiment poskytl živou demonstraci mechanismu v reálném čase.

Co to znamená pro Mars – a pro život

Jak se atmosféra v průběhu miliard let ztenčovala, skleníkový efekt Marsu slábl, teploty klesaly a tekutá voda již nemohla na povrchu existovat. Oceány a řeky planety pomalu zamrzly nebo se vypařily do vesmíru. Zhruba před 3,5 miliardami let se Mars proměnil z potenciálně obyvatelného světa v chladnou poušť, kterou vědci pozorují dnes.

Tato historie má hluboké důsledky pro hledání života. Pokud život na Marsu někdy vznikl, s největší pravděpodobností se tak stalo v prvních miliardách let planety, než se atmosféra zhroutila. Výzkum publikovaný v The Conversation uvádí, že jakýkoli přežívající život by dnes musel být chráněn pod zemí, chráněn jak před chladem, tak před intenzivním ultrafialovým zářením, které nyní bez překážek zaplavuje povrch.

Proč na tom záleží i mimo Mars

Příběh Marsu je také varovným příběhem o tom, co činí planetu obyvatelnou. Magnetické pole Země – udržované jejím stále aktivním jádrem – není trvalým rysem. V historii Země mnohokrát zesláblo a dokonce obrátilo polaritu. Vědci tato obrácení pečlivě studují, protože oslabená magnetosféra, byť i dočasně, by mohla vystavit atmosféru Země větší erozi slunečním větrem.

Pochopení mechanismů, které obraly Mars, pomáhá planetárním vědcům identifikovat, které exoplanety – světy obíhající jiné hvězdy – si s největší pravděpodobností udrží atmosféru dostatečně hustou na to, aby podporovala život. Velikost planety, vnitřní teplo a vzdálenost od její hvězdy se promítají do tohoto výpočtu. Ukazuje se, že Mars byl jednoduše příliš malý na to, aby zůstal geologicky aktivní dostatečně dlouho na to, aby udržel svůj štít.