火星周围的电流图，电流加速了大气逃逸！

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]2022-01-23 10:00

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在美国宇航局的MAVEN航天器进入火星轨道五年后，获得的数据才得以创建火星大气中电流系统地图。科罗拉多大学博尔德分校的实验物理学家罗宾·拉姆斯塔德(Robin Ramstad)表示：这些洋流在大气损失中发挥了重要作用，这种损失将火星从一个可以支持生命的世界，变成了一个不适宜居住的沙漠。科学家目前正致力于利用洋流来确定从太阳风中提取能量的精确数量，并为大气逸出提供动力。

                               
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地球也有这样的电流系统：我们甚至可以在极地地区附近夜空中看到它们五颜六色光的显示形式，这称为极光（北极光和南极光）。其研究成果发表在《自然天文学》期刊上，地球极光与地球磁场与太阳风相互作用产生的电流密切相关，这些电流沿着垂直磁力线流入大气，集中在极地地区。然而，研究我们头顶上数千英里处的电流流动，只是讲述了火星上情况的一部分。不同之处在于行星各自的磁场，因为虽然地球的磁力来自内部，但火星的磁力不是。

行星磁场

地球的磁场来自其核心，熔化的导电铁会在地壳下面流动，磁场也是全球性的，这意味着能环绕着整个星球。由于火星和地球一样是一颗多岩石的陆地行星，人们可能会认为同样的磁范式也在火星发挥作用。然而，火星本身并不会在相对较小的磁化地壳区块之外产生磁场。火星这颗红色星球上一定发生了一些与在地球上观察到的不同的事情。

火星上发生了什么事？

太阳风主要由带电的电子和质子组成，以每小时约一百万英里的速度持续从太阳吹来。它围绕着太阳系中的物体流动并与之相互作用。太阳风也是磁化的，这种磁场不容易穿透火星等未磁化行星的高层大气。相反，它在地球电离层中感应的电流会导致磁场堆积和加强，产生所谓的感应磁层。太阳风是如何驱动火星上感应出的磁层，直到现在才被很好地理解。

                               
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当太阳风离子和电子撞击火星附近这个更强的感应磁场时，由于它们相反的电荷而被迫分开。一些离子朝一个方向流动，一些电子朝另一个方向流动，形成电流，从地球的白天到黑夜。与此同时，太阳X射线和紫外线不断电离火星上的一些高层大气，将其转变为可以导电的电子和带电离子的组合。火星大气层表现得有点像关闭电路的金属球体，洋流在高层大气中流动，最强的洋流层持续在地球表面上方120-200公里(约75-125英里)处。

                               
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MAVEN和之前的任务之前都看到过这些电流层的局部迹象，但以前从未能够绘制出完整的电流系统图，从太阳风中产生，到电能在高层大气中储存的地方。直接探测太空中的这些电流是出了名的困难，幸运的是，这些电流扭曲了太阳风中的磁场，而这是MAVEN的灵敏磁力仪可以探测到。研究小组使用MAVEN绘制了火星周围三维的平均磁场结构，并直接根据它们对磁场结构的扭曲计算出电流。只需一次优雅的操作，电流的强度和路径就会从这张磁场图中突现出来。

红色星球的命运

在火星周围没有全球磁场的情况下，太阳风中感应的电流，可以与火星上层大气形成直接的电连接。电流将太阳风的能量转化为磁场和电场，加速带电的大气粒子进入太空，推动大气逃逸到太空。新研究结果揭示了MAVEN理解大气逃逸目标几个意想不到的特征：驱动逃逸的能量似乎来自比通常假设大得多的体积。由太阳风驱动的大气损失已经活跃了数十亿年，并促成了火星从一个温暖潮湿的星球，转变为一个全球寒冷的沙漠。

                               
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Maven正在继续探索这个过程是如何运作的，以及地球的大气层已经损失了多少。这项研究是由MAVEN任务资助，Maven首席研究员在科罗拉多大学博尔德的大气和空间物理实验室工作，美国宇航局戈达德太空飞行中心负责管理MAVEN项目。美国宇航局（NASA）正在探索太阳系和更远的地方，用强大的太空和地面任务仪器揭开近处和远方的世界、恒星和宇宙之谜。


博科园｜研究/来自：美国宇航局戈达德太空飞行中心研究发表期刊《自然天文学》DOI: 10.1038/s41550-020-1099-y