Ηλιακοί άνεμοι «φύσηξαν» στο Διάστημα την ατμόσφαιρα του Άρη. NASA Mission Reveals Speed of Solar Wind Stripping Martian Atmosphere

Ο Ήλιος και οι... άνεμοι του οδήγησαν την ατμόσφαιρα του Άρη στο Διάστημα καθιστώντας τον ένα έρημο και χωρίς ζωή κόσμο. NASA's Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) mission has identified the process that appears to have played a key role in the transition of the Martian climate from an early, warm and wet environment that might have supported surface life to the cold, arid planet Mars is today. Artist’s rendering of a solar storm hitting Mars and stripping ions from the planet's upper atmosphere. Credits: NASA/GSFC

Η Γη διατήρησε το νερό και την πυκνή ατμόσφαιρά της κυρίως χάρη στο μαγνητικό πεδίο της, το οποίο εκτρέπει τα επικίνδυνα φορτισμένα σωματίδια που εκπέμπει διαρκώς ο Ήλιος. Το πεδίο πηγάζει από την κίνηση του λιωμένου σιδήρου από το οποίο αποτελείται ο εσώτερος πυρήνας του πλανήτη και ουσιαστικά λειτουργεί σαν γιγάντιο δυναμό. Άγνωστο πώς, ο Άρης έχασε το μαγνητικό πεδίο που πιθανότατα διέθετε στα αρχικά στάδια της ζωής του.

Ένα από τα επακόλουθα ήταν να χάσει την ατμόσφαιρα που οι ειδικοί εκτιμούν ότι διέθετε στην πρώτη περίοδο της ύπαρξης του. Η μεγάλη αραίωση της ατμόσφαιρας δεν μπορούσε πλέον να συγκρατήσει το νερό στην επιφάνεια του Αρη με ότι αυτό συνεπάγεται για τις δυνατότητες του πλανήτη να φιλοξενήσει ζωή. Το 2013 δύο ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες της NASA μελέτησαν δεδομένα που συνέλεξε το Curiosity, ένας από τους ρομποτικούς εξερευνητές του Κόκκινου Πλανήτη.

Οι δύο ομάδες κατέληξαν στα ίδια συμπεράσματα και ανέπτυξαν μια κοινή θεωρία σύμφωνα με την οποία λίγο μετά τον σχηματισμό του, όπως συνέβη και με τη Γη, ο Άρης έγινε ένα πεδίο συνεχούς πτώσης αστεροειδών, κομητών και διαφόρων διαστημικών σωμάτων.

Οι ερευνητές έκαναν την εκτίμηση ότι πριν από περίπου 4 δισ. έτη ένα σώμα με μέγεθος παρόμοιο με εκείνο του Πλούτωνα έπεσε πάνω στον Άρη. Η τρομερή σύγκρουση είχε ως αποτέλεσμα η ατμόσφαιρα του Άρη να καταστραφεί ολοσχερώς. Σύμφωνα με τους ερευνητές, εκτός από τη σύγκρουση κάποιο ρόλο στην καταστροφή της ατμόσφαιρας του Άρη έπαιξε η ηφαιστειακή δραστηριότητα του πλανήτη αλλά και οι ηλιακοί άνεμοι.

Οι πρώτες ενδείξεις

Ο δορυφόρος MAVEN φαίνεται ότι λύνει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του Κόκκινου Πλανήτη. Data collected by NASA's MAVEN spacecraft revealed Mars' atmosphere was stripped by solar wind. Credit:NASA

Τον Νοέμβριο του 2013 τέθηκε σε τροχιά γύρω από τον Άρη ο δορυφόρος MAVEN της NASA και λίγες μόλις εβδομάδες αργότερα κατάφερε να συλλέξει σημαντικά στοιχεία για την απώλεια της ατμόσφαιρας και του νερού από τον πλανήτη. Ο ΜAVEN κατέγραψε σύννεφα ατόμων υδρογόνου, άνθρακα και οξυγόνου τα οποία δραπετεύουν από την ατμόσφαιρα του Άρη και χάνονται στο διάστημα -μια διαδικασία που συνεχίζεται εδώ και τρία δισεκατομμύρια χρόνια και άφησε τον πλανήτη παγωμένο και στεγνό. Εκτός των άλλων η απώλεια της ατμόσφαιρας άφησε τον πλανήτη ευάλωτο στην επίδραση του Ήλιου.

High above the thin Martian skies, NASA’s MAVEN spacecraft is carrying out a mission: determine how Mars lost its early atmosphere, and with it, its water. While previous Mars orbiters have peered down at the planet’s surface, MAVEN is spending part of its time gazing at the stars, looking for subtle changes in their color as they dip through the limb of Mars and set below the horizon. Such stellar occultations reveal what Mars’ atmosphere is made of, and how its composition varies with altitude. MAVEN’s observations are providing scientists with the most detailed picture of the Mars upper atmosphere to date, helping them understand how a once-hospitable world changed into the forbidding desert that we see today. This video is public domain and can be downloaded at: http://svs.gsfc.nasa.gov/goto?11992

Το Maven διαπίστωσε από τις πρώτες εβδομάδες της λειτουργίας του ότι το φαινόμενο συνεχίζεται μέχρι και σήμερα, με τον Ήλιο να κλέβει ακόμα υλικό από την αραιή ατμόσφαιρα του Άρη, η οποία είναι σήμερα 100 φορές πιο αραιή από της Γης.

Τα σωματίδια που εκπέμπει ο Ήλιος, γνωστά ως ηλιακός άνεμος, συγκρούονται με την ατμόσφαιρα και την συμπαρασύρουν στο Διάστημα. Αυτό είναι μια συνεχής διαδικασία, η οποία όμως εντείνεται δραματικά όταν ο Ήλιος ξεσπά σε εκρήξεις, γνωστές ως ηλιακές εκλάμψεις και εκτινάξεις στεμματικού υλικού. Το Maven κατέγραψε τον Σεπτέμβριο του 2014 ένα σύννεφο σωματιδίων από μια εκτίναξη στεμματικού υλικού να φτάνει στον Άρη. Δεν μπόρεσε όμως να παρατηρήσει την αντίδραση της ατμόσφαιρας, καθώς δεν είχαν ενεργοποιηθεί ακόμα όλα τα όργανά του. Το σκάφος κατάφερε ωστόσο να απεικονίσει σύννεφα ατομικού υδρογόνου, οξυγόνου και άνθρακα που χάνονται από την ατμόσφαιρα στο Διάστημα. 

Η επιβεβαίωση

Mars is a cold and barren desert today, but scientists think that in the ancient past it was warm and wet. The loss of the early Martian atmosphere may have led to this dramatic change, and one of the prime suspects is the solar wind. Unlike Earth, Mars lacks a global magnetic field to deflect the stream of charged particles continuously blowing off the Sun. Instead, the solar wind crashes into the Mars upper atmosphere and can accelerate ions into space. Now, for the first time, NASA’s MAVEN spacecraft has observed this process in action – by measuring the speed and direction of ions escaping from Mars. This data visualization compares simulations of the solar wind and Mars atmospheric escape with new measurements taken by MAVEN. Credits: NASA-GSFC/CU Boulder LASP/University of Iowa

Την Πέμπτη το βράδυ η NASA ανακοίνωσε ότι το MAVEN συγκέντρωσε πλέον όλα τα εκείνα τα στοιχεία που αποδεικνύουν ότι υπεύθυνοι για την απώλεια της ατμόσφαιρας του Άρη είναι οι ηλιακοί άνεμοι. Οι μετρήσεις του δορυφόρου δείχνουν ότι κατά μέσο όρο κάθε δευτερόλεπτο περί τα 100 γρμ ατμόσφαιρας του Άρη εγκαταλείπουν τον πλανήτη. «Μοιάζει με μικρή απώλεια. Είναι σαν να κλέβει κάποιος καθημερινά από ένα ταμείο λίγα νομίσματα. Ομως η απώλεια αυξάνεται πολύ όταν κάνουν την εμφάνιση τους ηλιακοί άνεμοι και με δεδομένο ότι το φαινόμενο εξελίσσεται σε βάθος αρκετών δισ. ετών και ο ήλιος ήταν τότε νεότερος και πολύ πιο ενεργός είναι βέβαιο ότι απώλειες ήταν πολύ μεγαλύτερες» ανέφερε στη συνέντευξη Τύπου ο Μπρους Τζέικοσκι, εκ των επικεφαλής της αποστολής MAVEN. «Ο ‘Άρης φαίνεται ότι διέθετε ένα παχύ ατμοσφαιρικό στρώμα ικανό να υποστηρίξει την παρουσία νερού σε υγρή μορφή στοιχείο που γνωρίζουμε ότι είναι απαραίτητο για την παρουσία της ζωής, τουλάχιστον της ζωής που εμείς γνωρίζουμε. Μαθαίνοντας τι συνέβη στην ατμόσφαιρα του Άρη θα αυξήσουμε τις γνώσεις μας για την εξέλιξη και τους μηχανισμούς μιας ατμόσφαιρας σε ένα πλανήτη. Μαθαίνοντας τι προκάλεσε μια αλλαγή που μετέτρεψε ένα πλανήτη φιλόξενο στη ζωή έστω και τη μικροβιακή σε ένα εντελώς αφιλόξενο κόσμο όπως φαίνεται ότι συνέβη στον Άρη θα αποκτήσουμε πολύτιμες πληροφορίες στον σχεδιασμό μιας επανδρωμένης αποστολής στον Κόκκινο Πλανήτη»αναφέρει ο Τζον Γκράνσφελντ, αστροναύτης και στέλεχος της NASA.

Πηγές: B. M. Jakosky. MAVEN Explores the Martian Upper Atmosphere.Science, 2015; 350 (6261): 643 DOI: 10.1126/science.aad3443

Bruce M. Jakosky, Joseph M. Grebowsky, Janet G. Luhmann, David A. Brain. Initial results from the MAVEN mission to Mars. Geophysical Research Letters, 2015; DOI: 10.1002/2015GL065271