Hogyan fosztotta meg a napszél a Marsot a légkörétől

Egy bolygó, amely egykor a Földre hasonlított

A Mars ma egy kopár, sugárzástól sújtott világ, amelynek légköre alig 1%-a a Földének. A felszíni hőmérséklet éjszaka –80°C-ra zuhan, és a folyékony víz nem maradhat fenn a felszínen. Az ősi folyómedrek, tavi medencék és ásványi lerakódások azonban egy egészen más történetet mesélnek el. Körülbelül négymilliárd évvel ezelőtt a Mars melegebb és nedvesebb volt – egy bolygó, amelyen talán megvoltak az élethez szükséges feltételek. Mi történt? A rövid válasz a Napból fúj be, több mint másfél millió kilométeres óránkénti sebességgel.

Mi az a napszél?

A napszél töltött részecskék – főként protonok és elektronok – folyamatos áramlása, amelyet a Nap a külső légköréből, a koronából a Naprendszerbe bocsát ki. Ezek a részecskék 400 és 900 km/s közötti sebességgel haladnak, magukkal víve a Nap mágneses terének töredékeit. Amikor a napszél eléri egy bolygót, a következő események szinte teljes mértékben egyetlen dolgon múlnak: hogy az adott bolygónak van-e saját globális mágneses tere.

A Földet egy erős magnetoszféra védi, amelyet a olvadt, forgó vasmagja generál. Ez a láthatatlan pajzs eltéríti a napszél nagy részét a bolygó körül, biztonságosan a pólusok felé terelve a töltött részecskéket – ahol létrehozzák az északi és déli fényeket. E pajzs nélkül a légkörünk lassan erodálódna az űrbe. A Mars katasztrofálisan elvesztette ezt a védelmet régen.

Hogyan vesztette el a Mars a mágneses pajzsát?

A tudósok úgy vélik, hogy a Marsnak egykor aktív mágneses tere volt, amelyet a fém magjában lévő dinamó generált, hasonlóan a Földéhez. De a Mars körülbelül fele a Föld átmérőjének és tizede a tömegének, ami azt jelenti, hogy a belseje sokkal gyorsabban hűlt le. 3,7 és 4,2 milliárd évvel ezelőtt ez a belső dinamó leállt. A globális mágneses tér összeomlott, és a Mars meztelenül maradt a napszél előtt.

A Harvard Gazette-ben megjelent és a Mars-meteoritokból származó adatokkal alátámasztott kutatás segített leszűkíteni ezt az idővonalat. A marsi kéreg egyes régiói még mindig hordoznak fosszilizálódott mágneses nyomokat – a régi mező maradványait, amelyek a dinamó halála előtt a kőzetbe fagytak. Ezek a kéreg anomáliák a legerősebb bizonyítékok közé tartoznak arra, hogy a Marsnak egykor a Földéhez hasonló védő magnetoszférája volt.

Hogyan erodálja a napszél a légkört?

Mágneses pajzs nélkül a napszél közvetlenül kölcsönhatásba lép a Mars felső légkörével. Két fő folyamat hajtja a légkörvesztést:

• Ionfelvétel: A napszélbe ágyazott mágneses tér elektromos teret generál, ahogy elsodor a Mars mellett. Ez a tér felgyorsítja a felső légkörben lévő elektromosan töltött atomokat és molekulákat – az úgynevezett ionokat –, és hatalmas sebességgel az űrbe repíti őket.
• Porlasztás: A nagy energiájú napszél részecskék becsapódnak a marsi légkörbe, és fizikailag kilökik a gázmolekulákat, akárcsak a biliárdgolyók, amelyek szétszóródnak az asztalon.

Ezek a folyamatok lassúnak tűnhetnek, de geológiai időskálán pusztítóak. A NASA becslései szerint a napszél jelenleg körülbelül 100 gramm marsi légkört távolít el másodpercenként – és napviharok idején ez a sebesség drámaian megnő. Szorozzuk meg ezt több milliárd évvel, és a kumulatív veszteség elképesztő.

Mit tárt fel a NASA MAVEN küldetése?

A folyamat legtisztább képe a MAVEN-től (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) származik, egy NASA űrhajótól, amely 2014 óta kering a Mars körül. A MAVEN-t kifejezetten a felső légkör tanulmányozására és annak mérésére tervezték, hogy milyen gyorsan veszik el az űrben.

A NASA által közölt és a Planetary Society által részletezett megállapításai megdöbbentőek voltak. A MAVEN megerősítette, hogy a napszél általi eltávolítás a domináns mechanizmus a Mars légkörvesztése mögött. Az űrhajó megmérte, hogy a marsi légkörben valaha létezett összes argon körülbelül 65%-a már elveszett az űrben. Az argon kémiailag inert, így a vesztesége a fizikai szökés tiszta mutatója – amelyet a kémiai reakciók nem befolyásolnak.

A MAVEN feltérképezte azt is, hogy hol szökik a gáz. Körülbelül 75% a bolygó magnetofarokán keresztül áramlik ki – a Mars mögötti területen, a Naptól elfelé –, míg körülbelül 25% a poláris tollakon keresztül szökik el. A szökő gáz diffúz glóriája veszi körül az egész bolygót.

Egy drámai MAVEN megfigyelés akkor történt, amikor a napszél átmenetileg eltűnt a naptevékenység szokatlan szünete alatt. A Mars vékony légköre láthatóan kifelé duzzadt a szél nyomása nélkül. Amikor a napszél visszatért, a légkörvesztés folytatódott. A kísérlet élénk, valós idejű bemutatót nyújtott a mechanizmusról.

Mit jelent ez a Mars számára – és az élet számára?

Ahogy a légkör több milliárd év alatt elvékonyodott, a Mars üvegházhatása gyengült, a hőmérséklet csökkent, és a folyékony víz már nem tudott megmaradni a felszínen. A bolygó óceánjai és folyói lassan megfagytak vagy elpárologtak az űrbe. Körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt a Mars egy potenciálisan lakható világból a hideg sivataggá alakult, amelyet a tudósok ma megfigyelnek.

Ez a történelem mélyreható következményekkel jár az élet keresésére. Ha valaha is kialakult élet a Marson, az valószínűleg a bolygó első milliárd évében történt, mielőtt a légkör összeomlott. A The Conversationben megjelent kutatás megjegyzi, hogy a ma túlélő életnek a föld alatt kellene védve lennie, védve a hidegtől és az intenzív ultraibolya sugárzástól, amely most akadálytalanul fürdeti a felszínt.

Miért fontos ez a Marson túl?

A Mars története egyben figyelmeztető mese arról is, hogy mi tesz egy bolygót lakhatóvá. A Föld mágneses tere – amelyet a még mindig aktív magja tart fenn – nem állandó jelenség. A Föld történetében sokszor gyengült és még polaritást is váltott. A tudósok gondosan tanulmányozzák ezeket a fordulatokat, mert egy gyengült magnetoszféra, még átmenetileg is, a Föld légkörét nagyobb napszél eróziójának teheti ki.

A Marsot lecsupaszító mechanizmusok megértése segít a bolygókutatóknak azonosítani, hogy mely exobolygók – más csillagok körül keringő világok – őrzik meg a legnagyobb valószínűséggel az élet fenntartásához elegendően sűrű légkört. A bolygó mérete, belső hője és a csillagtól való távolsága mind hozzájárul ehhez a számításhoz. Kiderült, hogy a Mars egyszerűen túl kicsi volt ahhoz, hogy elég sokáig geológiailag aktív maradjon ahhoz, hogy fenntartsa a pajzsát.