Auringon tuuli pyörittää Marsin ionit pois avaruuteen

Pieni aalto muodostuu Marsin ylemmän ilmakehän reunalle. Ei vesivyöry, vaan leikkausvoimasta syntyvä aalto, jossa ohut ionisoitunut kaasu kohtaa auringon tuulen vyöryn. Se näyttää pieneltä. Silti nämä väreilyt, Kelvin-Helmholtz-aallot, voivat olla yksi hienovaraisista mekanismeista, jotka nyppivät ioneja Punaiselta planeetalta.

Kun tuuli kohtaa taivaan

Havaintoja Nasan MAVEN-avaruusalukselta tallensivat yhtenäisen ketjun: auringon tuuli iskeytyy Marsiin, Kelvin-Helmholtz-aallot syntyvät planeetan ilmakehän rajalla ja mitattavissa oleva määrä ilmakehän ioneja virtaa pois. Yksinkertaisesti: auringon varautunut tuulahdus liukuu Marsin ohi ja rullaa ohuen ylemmän ilmakehän kuin tuulen nostamat väreilypinnat lammikossa. Siellä missä nuo väreilyt kasvavat, ne voivat kiskoa varautuneita hiukkasia irti.

Mitä Kelvin-Helmholtz-aallot ovat? Ne ovat hydrodynamiikan ilmiö, joka esiintyy aina kun kaksi nestettä tai plasmaa liikkuu eri nopeuksilla. Maassa niitä voi havaita pilvivyöhykkeissä. Marsin ympärillä ne muodostuvat siellä, missä auringon tuuli liukuu ohitse ilmakehän, jolta puuttuu vahva globaali magneettikenttä.

Miksi tämä on tärkeää

Tiedämme, että Mars menetti suurimman osan ilmakehästään miljardien vuosien aikana. Suuri kysymys on miten. Varautuneiden hiukkasten aiheuttama sputterointi, fotokemiallinen karkaaminen ja vuorovaikutukset auringon tuulen kanssa kaikki vaikuttavat. Nämä uudet havainnot tarjoavat suoran yhteyden yhdessä ketjussa: saapuvat auringon tuulen olosuhteet, Kelvin-Helmholtz-aaltojen muodostuminen ja niiden seurauksena tapahtuva ionien poistuma. Tämä ketju vahvistaa käsitystä, että rajalla syntyvät aallot ovat merkittävä tekijä ilmakehän karkaamisessa.

Auringon tuulen ja sähkökentän vuorovaikutuksen kuvaus. 

"Tulevat tutkimukset keskittyvät tunnistamaan olosuhteet, jotka suosivat Kelvin-Helmholtz-aaltojen muodostumista ja kasvua, sekä selvittämään kuinka paljon ne vaikuttavat Marsin ilmakehän karkaamiseen," sanoi Jingnan Zhang, tiivistäen MAVEN-tutkimusryhmän asettamia prioriteetteja. Lyhyt vastaus: nyt voimme nähdä prosessin toiminnassa, mutta emme vielä tiedä kuinka usein se tapahtuu tai kuinka suuri sen kumulatiivinen vaikutus on.

Käytännön rajoituksia on silti. MAVEN on siirtymässä tehtävänsä päätösvaiheeseen, joten jatkuvaa, pitkäaikaista aineistoa tarvitaan lisää. Onneksi tutkijat odottavat Nasan ESCAPADE-tehtävän jatkavan tätä työtä. ESCAPADE tarjoaa uuden mahdollisuuden havaita, miten muuttuvat auringon tuulen olosuhteet laukaisevat tai tukahduttavat näitä aaltoja ja verrata niiden vaikutusta muihin karkaamismekanismeihin.

On myös laajempi seuraus. Mikä tahansa planeetta ilman vahvaa globaalia magneettikenttää, joko aurinkokunnassamme tai kiertämässä toista tähteä, voi kehittää vastaavia rajaaallotuksia, kun tähtituulet työntyvät suoraan ylempään ilmakehään. Tämä tekee havainnoista merkityksellisiä eksoplaneettojen elinkelpoisuustutkimuksissa sekä ymmärtäessämme Marsin muutosta lämpimästä, paksummasta maailmasta kylmäksi, karuksi planeetaksi, jonka näemme nykyisin.

"Haluamme tietää, milloin nämä aallot todennäköisimmin muodostuvat, miten ne kehittyvät ja kuinka voimakkaasti ne voivat ajaa ilmakehän karkaamista," sanoi Chuanfei Dong, Boston Universityn Center for Space Physicsin tiedekunnan jäsen. Lause tiivistää etenemissuunnan: kohdennetut havainnot yhdistettynä kehittyneisiin numeerisiin malleihin.

Tarvitaan lisää avaruusaluksia ja parempia simulaatioita, jotta hetkikuvat voidaan muuttaa tilastoksi. Vasta sitten tutkijat voivat kvantifioida, kuinka suuren osan Marsin kadonneesta ilmakehästä voidaan laskea auringon rullaamien aaltojen syyksi.