美國宇航局最新發(fā)布火星周圍的電流圖，電流加速了大氣逃逸！

【手機(jī)軟件：博科園】在美國宇航局的MAVEN航天器進(jìn)入火星軌道五年后，獲得的數(shù)據(jù)才得以創(chuàng)建火星大氣中電流系統(tǒng)地圖。科羅拉多大學(xué)博爾德分校的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家羅賓·拉姆斯塔德(Robin Ramstad)表示：這些洋流在大氣損失中發(fā)揮了重要作用，這種損失將火星從一個可以支持生命的世界，變成了一個不適宜居住的沙漠?？茖W(xué)家目前正致力于利用洋流來確定從太陽風(fēng)中提取能量的精確數(shù)量，并為大氣逸出提供動力。

地球也有這樣的電流系統(tǒng)：我們甚至可以在極地地區(qū)附近夜空中看到它們五顏六色光的顯示形式，這稱為極光（北極光和南極光）。其研究成果發(fā)表在《自然天文學(xué)》期刊上，地球極光與地球磁場與太陽風(fēng)相互作用產(chǎn)生的電流密切相關(guān)，這些電流沿著垂直磁力線流入大氣，集中在極地地區(qū)。然而，研究我們頭頂上數(shù)千英里處的電流流動，只是講述了火星上情況的一部分。不同之處在于行星各自的磁場，因?yàn)殡m然地球的磁力來自內(nèi)部，但火星的磁力不是。

行星磁場

地球的磁場來自其核心，熔化的導(dǎo)電鐵會在地殼下面流動，磁場也是全球性的，這意味著能環(huán)繞著整個星球。由于火星和地球一樣是一顆多巖石的陸地行星，人們可能會認(rèn)為同樣的磁范式也在火星發(fā)揮作用。然而，火星本身并不會在相對較小的磁化地殼區(qū)塊之外產(chǎn)生磁場。火星這顆紅色星球上一定發(fā)生了一些與在地球上觀察到的不同的事情。

火星上發(fā)生了什么事？

太陽風(fēng)主要由帶電的電子和質(zhì)子組成，以每小時約一百萬英里的速度持續(xù)從太陽吹來。它圍繞著太陽系中的物體流動并與之相互作用。太陽風(fēng)也是磁化的，這種磁場不容易穿透火星等未磁化行星的高層大氣。相反，它在地球電離層中感應(yīng)的電流會導(dǎo)致磁場堆積和加強(qiáng)，產(chǎn)生所謂的感應(yīng)磁層。太陽風(fēng)是如何驅(qū)動火星上感應(yīng)出的磁層，直到現(xiàn)在才被很好地理解。

當(dāng)太陽風(fēng)離子和電子撞擊火星附近這個更強(qiáng)的感應(yīng)磁場時，由于它們相反的電荷而被迫分開。一些離子朝一個方向流動，一些電子朝另一個方向流動，形成電流，從地球的白天到黑夜。與此同時，太陽X射線和紫外線不斷電離火星上的一些高層大氣，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詫?dǎo)電的電子和帶電離子的組合。火星大氣層表現(xiàn)得有點(diǎn)像關(guān)閉電路的金屬球體，洋流在高層大氣中流動，最強(qiáng)的洋流層持續(xù)在地球表面上方120-200公里(約75-125英里)處。

MAVEN和之前的任務(wù)之前都看到過這些電流層的局部跡象，但以前從未能夠繪制出完整的電流系統(tǒng)圖，從太陽風(fēng)中產(chǎn)生，到電能在高層大氣中儲存的地方。直接探測太空中的這些電流是出了名的困難，幸運(yùn)的是，這些電流扭曲了太陽風(fēng)中的磁場，而這是MAVEN的靈敏磁力儀可以探測到。研究小組使用MAVEN繪制了火星周圍三維的平均磁場結(jié)構(gòu)，并直接根據(jù)它們對磁場結(jié)構(gòu)的扭曲計(jì)算出電流。只需一次優(yōu)雅的操作，電流的強(qiáng)度和路徑就會從這張磁場圖中突現(xiàn)出來。

紅色星球的命運(yùn)

在火星周圍沒有全球磁場的情況下，太陽風(fēng)中感應(yīng)的電流，可以與火星上層大氣形成直接的電連接。電流將太陽風(fēng)的能量轉(zhuǎn)化為磁場和電場，加速帶電的大氣粒子進(jìn)入太空，推動大氣逃逸到太空。新研究結(jié)果揭示了MAVEN理解大氣逃逸目標(biāo)幾個意想不到的特征：驅(qū)動逃逸的能量似乎來自比通常假設(shè)大得多的體積。由太陽風(fēng)驅(qū)動的大氣損失已經(jīng)活躍了數(shù)十億年，并促成了火星從一個溫暖潮濕的星球，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€全球寒冷的沙漠。

Maven正在繼續(xù)探索這個過程是如何運(yùn)作的，以及地球的大氣層已經(jīng)損失了多少。這項(xiàng)研究是由MAVEN任務(wù)資助，Maven首席研究員在科羅拉多大學(xué)博爾德的大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室工作，美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心負(fù)責(zé)管理MAVEN項(xiàng)目。美國宇航局（NASA）正在探索太陽系和更遠(yuǎn)的地方，用強(qiáng)大的太空和地面任務(wù)儀器揭開近處和遠(yuǎn)方的世界、恒星和宇宙之謎。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心

研究發(fā)表期刊《自然天文學(xué)》

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