Kelvino-Helmholco bangos: kaip Saulė plėšia Marso atmosferą

Ant Marso viršutinės atmosferos krašto susidaro bangelė. Tai nėra vandens potvynis, o plėšomosios jėgos sukeliama banga, kur plonas jonizuoto dujų sluoksnis susiduria su įsisiautėjusiu Saulės vėju. Atrodytų menka. Tačiau šios bangelės, Kelvino-Helmholco bangos, gali būti vienas iš subtilių mechanizmų, nuplėšiančių jonus nuo Raudonosios planetos.

Kai vėjas susitinka su dangumi

NASA zondo MAVEN stebėjimai užfiksavo nenutrūkstamą seką: Saulės vėjas trenkiasi į Marsą, Marso atmosferos riba suformuoja Kelvino-Helmholco bangas ir matomas jonų netekimas, nusidriekęs tolyn. Paprastai tariant: Saulės įkrauta briza slysta pro Marsą ir susukinėja retią viršutinę atmosferą tarsi vėjas bangeles ant tvenkinio. Ten, kur tos bangelės auga, jos gali atplėšti įkrautas daleles.

Kas yra Kelvino-Helmholco bangos? Tai skysčių dinamikos reiškinys, kuris pasirodo, kai du skysčių ar plazmos sluoksniai juda skirtingu greičiu. Žemėje juos galima pamatyti debesų juostose. Aplink Marsą jos formuojasi ten, kur Saulės vėjas slysta pro atmosferą, neturinčią stiprios globalios magnetinės apsaugos.

Kodėl tai svarbu

Žinome, kad Marsas per milijardus metų prarado didžiąją dalį savo atmosferos. Svarbiausias klausimas yra, kaip. Įkrautų dalelių sputteringas, fotocheminis pabėgimas ir sąveikos su Saulės vėju visi prisidėjo. Nauji stebėjimai suteikia tiesioginį ryšį vienoje grandinėje: atėjęs Saulės vėjo poveikis, Kelvino-Helmholco bangų susidarymas ir susijęs jonų atplėšimas. Ši seka stiprina idėją, kad ribinės bangos yra reikšmingas atmosferos pabėgimo veiksnys.

Saulės vėjo ir elektrinio lauko sąveikos vaizdavimas. 

'Ateities tyrimai bus nukreipti į sąlygų, kurios skatina Kelvino-Helmholco bangų susidarymą ir augimą, identifikavimą bei įvertinimą, kiek jos prisideda prie Marso atmosferos netekimo,' sakė Jingnan Zhang, apibendrindama MAVEN mokslo komandos prioritetus. Trumpas atsakymas: dabar matome procesą veikiančią, bet dar nežinome, kaip dažnai tai vyksta ir koks yra šio poveikio kumuliatyvus mastas.

Vis dėlto lieka praktinių ribojimų. MAVEN artėja prie savo misijos pabaigos, todėl nuosekli ir ilgalaikė duomenų seka reikalaus papildomų priemonių. Laimei, tyrėjai tikisi, kad NASA misija ESCAPADE pratęs šiuos tyrimus. ESCAPADE suteikia dar vieną galimybę stebėti, kaip besikeičiančios Saulės vėjo sąlygos sužadina ar slopina šias bangas ir palyginti jų poveikį su kitais pabėgimo mechanizmais.

Yra ir platesnė implikacija. Bet kuri planeta be stipraus globalinio magnetinio lauko — tiek mūsų Saulės sistemoje, tiek skriejanti aplink kitą žvaigždę — gali suformuoti panašias ribines bangas, kai žvaigždės vėjai tiesiogiai stumia į viršutinę atmosferą. Tai daro šiuos atradimus svarbius ne tik Marso evoliucijai, bet ir egzoplanetų tinkamumo gyventi tyrimams.

'Norime žinoti, kada šios bangos labiausiai linkusios formuotis, kaip jos vystosi ir kiek stipriai gali skatinti atmosferos pabėgimą,' sakė Chuanfei Dong, Bostono universiteto Kosmoso fizikos centro dėstytojas. Ši frazė apibendrina kelio į priekį gairę: taikytini stebėjimai kartu su pažangiais skaitiniais modeliais.

Reikės daugiau kosminių aparatų ir geresnių simuliacijų, kad kadrus paverstume statistika. Tik tada mokslininkai galės kiekybiškai nustatyti, kiek Marso trūkstamos atmosferos galima priskirti Saulės sukeltoms bangoms.