¿Marte necesita un campo magnético?

Continuamos con la rúbrica "Terraformación aplicada". En el número anterior, evaluamos las reservas marcianas de dióxido de carbono y el potencial humano para su transformación en la atmósfera. Hoy hablaremos sobre si tiene sentido llenar la atmósfera de Marte en ausencia de un campo magnético.

El tema del campo magnético aparece en casi todas las discusiones cuando se trata de la transformación de Marte en un planeta similar a la Tierra. Muchos de los aprendizajes de las ciencias naturales, y gracias a los esfuerzos de numerosas películas y publicaciones científicas populares, lo han memorizado firmemente como verdad: el campo magnético de la Tierra nos protege de la radiación solar y la atmósfera del viento solar. Además, este "soplo" es percibido por muchos literalmente, como un proceso mecánico de eliminación de gases atmosféricos por los flujos de plasma solar.

El campo magnético de la Tierra, en tales pinturas, está pintado como un protector heroico, que se encuentra con un escudo en el camino de las corrientes malignas del viento ardiente enviado por el Sol.



Sin embargo, la investigación espacial moderna proporciona cada vez más razones para revisar esta imagen en la dirección de complicar los procesos de interacción de la heliosfera y la geosfera. Los esquemas más honestos ya indican que la magnetosfera no salva de la fuga de la atmósfera de los polos, sino que incluso contribuye.



Comencemos en orden. Primero debes comprender las causas de la pérdida de la atmósfera por los planetas.

La disipación (dispersión) de atmósferas en el espacio tiene un origen térmico y no térmico. Hay dos mecanismos térmicos: los llamados Jeans, e hidrodinámicos. El primero es el calentamiento de las moléculas atmosféricas por la luz solar. Como saben, la temperatura es la intensidad del movimiento de átomos y moléculas. Si hay muchos vecinos alrededor de una molécula calentada, les transfiere su energía de movimiento y se ralentiza. Si no hay moléculas y átomos cerca, y el flujo de energía no se detiene, entonces, en algún momento, la molécula se calentará a tal estado que, como una nave espacial real, abandona la atmósfera a una segunda velocidad cósmica . Esto es aproximadamente lo que sucede en la atmósfera superior: la llamada termosfera. Y cuanto más cerca esté el planeta del Sol, más fuerte será el efecto de este factor. Pero aquí mucho depende de la masa del planeta. Por ejemplo, el hidrógeno y el helio abandonan fácilmente los límites de la atmósfera de Venus, pero las moléculas de CO2 más masivas están retenidas por la gravedad bastante fuerte del planeta. En la Tierra, por cierto, sucede lo mismo, solo que con menos intensidad, pero 250 toneladas de hidrógeno y 4 toneladas de helio nos despedirán para siempre todos los días.

Un proceso similar a un proceso térmico es uno fotoquímico, cuando, bajo la influencia de los rayos ultravioleta, las moléculas se rompen en átomos separados, por ejemplo, el agua se separa en hidrógeno y oxígeno, lo que contribuye al escape de hidrógeno.

Marte está más alejado del Sol, por lo que la atmósfera recibe menos luz, pero la masa del planeta es más baja, por lo tanto, según diversas fuentes, pierde diariamente de 1 a 100 toneladas de la atmósfera, principalmente dióxido de carbono.



¡Pero recordamos que Marte no tiene campo magnético! Vayamos a ello, pero por ahora consideraremos otro método térmico de pérdida atmosférica: hidrostático.

Si el calentamiento de la atmósfera del planeta es bastante intenso, y si hay fuentes adicionales de calor debajo, entonces las moléculas de gas más pesadas pueden dejarse llevar por los flujos de partículas de luz, calentarse y ganar el mismo segundo cósmico, para que nunca regresen al planeta. Probablemente por esta razón, el satélite suficientemente activo y masivo volcánico de Júpiter Io no tiene una atmósfera significativa: es constantemente expulsado por poderosas erupciones volcánicas.



Hay otra forma de deshacerse de la atmósfera, que es en parte similar al impacto hidrostático anterior. Todos sabemos cómo son las poderosas explosiones: una columna de humo se eleva hacia el cielo, convirtiéndose en un hongo. Si la explosión es lo suficientemente fuerte, este pilar se elevará al espacio, donde en una atmósfera enrarecida, las moléculas calentadas pueden acelerar lo suficiente como para volar para siempre. Para los planetas con un campo gravitacional relativamente fuerte y una atmósfera densa como la Tierra y Venus, este factor puede ser insignificante, pero para Marte las pérdidas pueden ser mucho más significativas, y parece haber recibido más que la Tierra: hay un cinturón de asteroides cerca. Este factor está en contra de aquellos que ofrecen derribar un asteroide o un cometa más grande en Marte; aún debemos calcular si quedará algo después de la explosión.



Es difícil decir cuán importante fue el papel del mecanismo de impacto que desempeñó un papel importante en la pérdida de la atmósfera de Marte. Solo puede hacer estimaciones aproximadas, pero incluso estimaciones aproximadas que no he cumplido. Sin embargo, uno no debe olvidar que Marte sufrió más, al igual que la Luna y la Tierra durante el bombardeo pesado tardío , hace unos 3.800 millones de años. Pero en aquellos años en Marte todavía había una atmósfera densa, porque fluyeron ríos.

Un punto importante: todos los factores anteriores, el campo magnético no afecta de ninguna manera. Por lo tanto, la Tierra, en un par de miles de millones de años, enfrenta el destino de Marte y Venus: la volatilización completa del hidrógeno, es decir. convirtiéndose en un desierto. Podría haber un anuncio para un salón de SPA o un centro turístico costero: disfrute de agua líquida mientras exista esa oportunidad.



La atmósfera puede volverse más delgada sin abandonar el planeta. Esto sucede cuando los gases atmosféricos entran en interacción química o física con la superficie. El carbono y el oxígeno pueden unirse de manera efectiva para reaccionar con las rocas. Se cree que si liberas todo el carbono de la Tierra, que ahora está conectado en depósitos de hidrocarburos y rocas carbonatadas, entonces nuestra atmósfera no será muy diferente de la Venusiana. Por lo tanto, debo decir gracias a los millones de años de evolución de los microorganismos que han convertido nuestra Tierra en un jardín floreciente. El hidrógeno y el oxígeno pueden eliminarse efectivamente de la atmósfera convirtiéndose en agua y formando océanos o glaciares, y cuanto más lejos del Sol más gases pueden convertirse en hielo.

Ahora volvamos al viento solar y al campo magnético. El viento solar es una corriente de partículas cargadas: electrones, protones y partículas alfa. Las partículas tienen diferentes velocidades y partículas lentas (300-500 km / s) dicen "viento solar lento", rápido (600-800 km / s) - "viento solar rápido", y aproximadamente de alta velocidad (900 km / sy más) ) - "radiación solar". El sol también irradia una tonelada de otras "radiaciones": ultravioleta, rayos X, neutrones, hasta gamma, pero ahora hablaremos de una que tiene una carga eléctrica y se ve afectada por un campo magnético.

Entonces, las partículas solares se precipitan desde el Sol hacia la Tierra. A una distancia de aproximadamente 10 radios de la Tierra, nuestro campo magnético comienza a influir en ellos y desviarlos. Cuanto menor es la energía de las partículas, más eficientes son desviadas por el campo magnético. En el lugar de esta reunión, se forma una onda de choque. Como resultado, algunas partículas se deslizan a través de las líneas magnéticas, pero se desvían para volar más allá de la Tierra, algunas son absorbidas por la atmósfera, pero la gran mayoría se alinea a lo largo de las líneas magnéticas y se funde en los flujos de partículas cargadas alrededor de la Tierra, que se llaman "cinturones de radiación". Hurra, el planeta está salvado, el campo magnético ha hecho su acto heroico ... Pero, ¿qué es? ¿Por qué nuestros polos se volvieron rojos y verdes?



Las auroras son una vista maravillosa, hasta que piensas en la física de los procesos que tienen lugar allí. Y sucede lo siguiente: las líneas magnéticas no solo capturan partículas solares, sino que también una parte de ellas se dirigen a los polos. Las partículas recién llegadas se aceleran adicionalmente por un campo magnético y colapsan en la atmósfera terrestre. Golpean electrones de átomos y moléculas neutrales, se cargan y brillan de indignación. Los iones cargados forman un campo eléctrico que comienza a actuar como un acelerador y acelera los iones (moléculas que han perdido un electrón), para que ganen una segunda velocidad cósmica y abandonen el planeta. Así es como se lleva a cabo el proceso de disipación electromagnética, del cual supuestamente nos salva un campo magnético. ¿Recuerdas el hidrógeno y el helio volando lejos de la Tierra? Agregue oxígeno aquí también,que es demasiado pesado para la disipación térmica, y vuela desde la Tierra solo debido a un campo magnético tan "bueno" y "cuidado". El volumen de pérdida de oxígeno de cada hermosa noche en la región polar aún no se conoce, pero el hecho en sí ya esprobado por satélites europeos en cluster.



¿Qué sucederá si un planeta sin campo magnético está sujeto al impacto del viento solar? Aquí todo será más dramático: las partículas solares se acercarán libremente al planeta a una distancia de un diámetro y medio de su diámetro, y comenzarán a bombardear las capas superiores de su atmósfera. Las moléculas de gas comenzarán a perder electrones, adquirirán una carga y ... repelerán las corrientes del viento solar con la misma carga. Aquellos. aquí también se formará una onda de choque, como con un campo magnético, que no permitirá que la mayor parte de las partículas solares se acerque. Gracias a este efecto, Venus no perdió su atmósfera increíblemente densa, estando mucho más cerca del Sol que la Tierra o Marte.



Hasta ahora, los científicos no pueden decir cuán significativa es la contribución de la disipación electromagnética a la degradación de la atmósfera marciana. Para responder a esta pregunta, el satélite MAVEN fue enviado a Marte. Mientras tanto, se conocen varios hechos sobre la pérdida de la atmósfera marciana:

• Ahora se pierde menos de 1 tonelada de atmósfera por día: la nave espacial Mars Express se enteró , pero las mediciones se llevaron a cabo en un mínimo solar;
• Desde la formación del planeta hasta hoy, Marte ha perdido la mayor cantidad de hidrógeno de la atmósfera que podría contener un océano de 110 metros de profundidad, cubriendo todo el planeta: los astrónomos del Observatorio Europeo Austral aprendieron esto al analizar el cambio en la proporción de los isótopos de hidrógeno ligeros y pesados ​​en la atmósfera de Marte;
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Resulta que hoy en día los científicos solo adivinan los mecanismos que llevaron a la pérdida de 1/3 de toda la atmósfera de Marte, y no saben dónde más sucedió 2/3. No se sabe cuántos mecanismos de disipación electromagnética (viento solar), hidrostática (erupciones potentes de supervolcanes) e impacto (caída de asteroides) contribuyeron a esta pérdida. Al mismo tiempo, se está estudiando la contribución del viento solar al agotamiento de la atmósfera y en los próximos años habrá una respuesta más específica a esta pregunta, y los volcanes y asteroides pueden excluirse de los factores esenciales de la degradación atmosférica de Marte.

En resumen: el ejemplo de Venus muestra que el viento solar no es un factor decisivo en la volatilización de la atmósfera. Para Marte, su efecto es aproximadamente cuatro veces menos intenso. Algunos de los factores que podrían conducir a la pérdida de la atmósfera de Marte en el pasado no son significativos hoy: caídas de asteroides y potentes erupciones volcánicas. La radiación térmica del Sol, debido a la ubicación remota de Marte, tampoco es un factor decisivo en la disipación, al menos ahora que prácticamente no hay hidrógeno ligero y helio en la atmósfera. Por lo tanto, todo lo que nos queda por hacer para convertir a Marte en un jardín floreciente es esperar los resultados del satélite MAVEN y encontrar varios miles de millones de exajulios de energía para llenar mágicamente la atmósfera de Marte con gas desconocido.Y qué magia se puede aplicar aquí, hablaremos en el próximo número de "Terraformación aplicada". No cambies.

Source: https://habr.com/ru/post/es384695/