Аппарат NASA MAVEN впервые зафиксировал влияние атмосферы на Марсе

В декабре 2023 года учёные, изучавшие данные с Марса, столкнулись с чем-то совершенно неожиданным — с атмосферным явлением, которое ранее никогда не наблюдалось в атмосфере Красной планеты. С помощью приборов, установленных на борту марсианского орбитального аппарата MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution), учёные выявили явление, которое, как известно, происходит в магнитосфере Земли, где заряженные частицы выталкиваются, как зубная паста из тюбика, вдоль магнитных структур, называемых силовыми линиями. Этот так называемый эффект Цвана — Вольфа способствует отклонению солнечного ветра от курса вокруг Земли и наблюдается и изучается уже несколько десятилетий. Новое исследование представляет собой первое комплексное наблюдение того же эффекта в атмосфере Марса.

«Изучая данные, я вдруг заметил очень интересные колебания, — рассказывает Кристофер Фаулер, доцент-исследователь из Университета Западной Вирджинии в Моргантауне и ведущий автор исследования. — Я бы ни за что не догадался, что дело в этом эффекте, ведь раньше его никогда не наблюдали в атмосфере планет».

Эффект Цвана — Вольфа был впервые обнаружен в 1976 году и до сих пор наблюдался только в магнитосферах планет, а не в их атмосферах. В отличие от Земли, Марс не защищен глобальным магнитным полем, что влияет на его взаимодействие с солнечным ветром и космической погодой. В новом исследовании эффект Цвана — Вольфа был обнаружен в ионосфере — в нижних слоях марсианской атмосферы на глубине более 200 км, — где содержится значительное количество электрически заряженных частиц. Данные показали, что эти заряженные частицы сжимаются и распределяются по атмосфере Марса.

Несмотря на то, что у Марса есть индуцированная магнитосфера — магнитное поле, создаваемое солнечным ветром, взаимодействующим с марсианской ионосферой, — она может сильно менять свой размер и форму во время мощных вспышек на Солнце и других космических явлений. Именно это Фаулер и его команда увидели в данных MAVEN, когда на Марс обрушилась мощная солнечная буря. Согласно их выводам, эффект Цвана — Вольфа может постоянно возникать в марсианской ионосфере, но на уровне, который не может зафиксировать прибор MAVEN. По всей видимости, воздействие космической погоды усилило этот эффект, что позволило ученым зафиксировать его в данных.

В начале работы Фаулер и его команда столкнулись с некоторыми интересными колебаниями в показаниях приборов, измеряющих магнитное поле, когда космический аппарат пролетал через атмосферу. Чтобы объяснить это явление, они изучили данные, полученные с помощью нескольких приборов на борту MAVEN, в том числе измерения концентрации заряженных частиц в ионосфере. В ходе расследования они обнаружили еще больше странных и интересных особенностей в данных. Отбросив несколько других возможных вариантов, команда пришла к выводу, что причиной является эффект Цвана — Вольфа, который и объясняет все наблюдаемые особенности.

«Никто не ожидал, что подобный эффект вообще возможен в атмосфере, — сказал Фаулер. — И это делает открытие еще более захватывающим. Оно открывает перед нами интересные физические явления, которые мы еще не изучали, и новый способ, с помощью которого Солнце и космическая погода могут влиять на динамику марсианской атмосферы».

Изучение эффекта Цвана — Вольфа на Марсе поможет нам лучше понять, как космическая погода влияет на планету, а также даст новое представление о том, как этот эффект может проявляться на других не имеющих магнитного поля телах, таких как Венера и спутник Сатурна Титан. Подобные наблюдения также подчеркивают важность понимания того, как масштабные космические погодные явления могут приводить к изменениям в окружающей среде на Красной планете и вокруг нее и потенциально влиять на объекты на Марсе или вблизи него.

«Очень важно знать, как космическая погода влияет на Марс, — говорит Шеннон Карри, главный исследователь проекта MAVEN и научный сотрудник Лаборатории физики атмосферы и космоса Колорадского университета в Боулдере. — Команда MAVEN продолжает делать новые открытия, используя наши наборы данных, и находить связи между нашей звездой и Красной планетой».

Космический аппарат MAVEN был запущен в ноябре 2013 года и вышел на орбиту Марса в сентябре 2014 года. Цель миссии — исследование верхних слоёв атмосферы и ионосферы планеты, а также изучение взаимодействия с Солнцем и солнечным ветром для выяснения причин потери марсианской атмосферы. Понимание процесса потери атмосферы позволит учёным лучше понять историю атмосферы и климата Красной планеты, наличие жидкой воды и возможность существования жизни на планете. 6 декабря 2025 года космический аппарат MAVEN, находившийся на орбите Марса, потерял связь с наземными станциями на Земле. В феврале 2026 года НАСА создало комиссию по расследованию аномалий, чтобы оценить вероятное текущее состояние космического аппарата и вероятность его восстановления.

На изображении:

Художественное изображение эффекта Цвана — Вольфа на Марсе, зафиксированное миссией NASA MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution). Обычно этот эффект помогает отклонять солнечный ветер на Земле, но на Марсе он «сжимает» атмосферу и влияет на то, как космическая погода взаимодействует с планетой. Желтыми стрелками обозначено движение эффекта в марсианской атмосфере.