Mars a-t-il besoin d'un champ magnétique?

Nous continuons la rubrique "Terraformage appliqué". Dans le numéro précédent, nous avons évalué les réserves martiennes de dioxyde de carbone et le potentiel humain pour sa transformation dans l'atmosphère. Aujourd'hui, nous allons voir s'il est logique de remplir l'atmosphère de Mars en l'absence de champ magnétique.

Le sujet du champ magnétique apparaît dans presque toutes les discussions quand il s'agit de la transformation de Mars en une planète semblable à la Terre. Beaucoup des leçons des sciences naturelles, et grâce aux efforts de nombreux films et publications de vulgarisation scientifique, l'ont fermement mémorisé comme vérité: le champ magnétique terrestre nous protège du rayonnement solaire et l'atmosphère du vent solaire. De plus, ce «soufflage» est perçu par beaucoup littéralement - comme un processus mécanique d'élimination des gaz atmosphériques par les flux de plasma solaire.

Le champ magnétique de la Terre, dans de telles peintures, est peint comme un protecteur héroïque, qui se tient avec un bouclier sur le chemin des courants diaboliques du vent de feu envoyé par le Soleil.



Cependant, la recherche spatiale moderne fournit de plus en plus de raisons de réviser cette image dans le sens de compliquer les processus d'interaction de l'héliosphère et de la géosphère. Des schémas plus honnêtes indiquent déjà que la magnétosphère ne sauve pas des fuites de l'atmosphère des pôles, mais y contribue même.



Commençons dans l'ordre. Vous devez d'abord comprendre les causes de la perte de l'atmosphère par les planètes.

La dissipation (diffusion) des atmosphères dans l'espace a une origine thermique et non thermique. Il existe deux mécanismes thermiques: le soi-disant Jeans, et hydrodynamique. Le premier est le chauffage des molécules atmosphériques par la lumière du soleil. Comme vous le savez, la température est l'intensité du mouvement des atomes et des molécules. S'il y a beaucoup de voisins autour d'une molécule chauffée, elle leur transfère son énergie de mouvement et ralentit. S'il n'y a pas de molécules et d'atomes à proximité, et que le flux d'énergie ne s'arrête pas, alors à un moment donné, la molécule va chauffer à un état tel qu'elle, comme un véritable vaisseau spatial, quitte l'atmosphère à une deuxième vitesse cosmique . C'est à peu près ce qui se passe dans la haute atmosphère - le soi-disant thermosphère. Et plus la planète est proche du Soleil, plus l'effet de ce facteur est fort. Mais ici, beaucoup dépend de la masse de la planète. Par exemple, l'hydrogène et l'hélium quittent facilement les limites de l'atmosphère de Vénus, mais des molécules de CO2 plus massives sont détenues par une gravité plutôt forte de la planète. Sur Terre, au fait, la même chose se produit, mais avec moins d'intensité, mais 250 tonnes d'hydrogène et 4 tonnes d'hélium nous feront toujours nos adieux chaque jour.

Un processus similaire à un processus thermique est un processus photochimique, lorsque, sous l'influence des rayons ultraviolets, les molécules se décomposent en atomes séparés, par exemple, l'eau est séparée en hydrogène et en oxygène, ce qui contribue à la fuite d'hydrogène.

Mars est plus éloignée du Soleil, donc l'atmosphère reçoit moins de lumière, mais la masse de la planète est inférieure, donc, selon diverses sources, elle perd quotidiennement de 1 à 100 tonnes de l'atmosphère - principalement du dioxyde de carbone.



Mais on se souvient que Mars n'a pas de champ magnétique! Allons-y, mais pour l'instant, nous allons considérer une autre méthode thermique de perte atmosphérique - hydrostatique.

Si le chauffage de l'atmosphère de la planète est assez intense, et s'il y a des sources de chaleur supplémentaires en dessous, alors les molécules de gaz plus lourdes peuvent être emportées par les flux de particules de lumière, chauffer et gagner le même second cosmique, de sorte qu'elles ne reviendront jamais sur la planète. Probablement pour cette raison, le satellite suffisamment actif et massif volcanique de Jupiter Io n'a pas d'atmosphère significative - il est constamment soufflé par de puissantes éruptions volcaniques.



Il existe un autre moyen de se débarrasser de l'atmosphère, qui est en partie similaire à l'impact hydrostatique précédent. Nous savons tous à quoi ressemblent de puissantes explosions - une colonne de fumée monte dans le ciel, se transformant en champignon. Si l'explosion est assez forte, alors ce pilier s'élèvera dans l'espace, où dans une atmosphère raréfiée, les molécules chauffées peuvent accélérer suffisamment pour s'envoler pour toujours. Pour les planètes avec un champ gravitationnel relativement fort et une atmosphère dense comme la Terre et Vénus, ce facteur peut être insignifiant, mais pour Mars les pertes peuvent être beaucoup plus importantes, et il semble y avoir plus que la Terre - une ceinture d'astéroïdes est à proximité. Ce facteur est contre ceux qui proposent d'abattre un astéroïde ou une comète plus grande sur Mars - nous devons encore calculer s'il restera quelque chose après l'explosion.



Il est difficile de dire à quel point le mécanisme d'impact a joué un rôle important dans la perte de l'atmosphère de Mars. Vous ne pouvez faire que des estimations approximatives, mais même des estimations approximatives que je n'ai pas rencontrées. Cependant, il ne faut pas oublier que Mars a le plus souffert, tout comme la Lune et la Terre lors du bombardement tardif , il y a environ 3,8 milliards d'années. Mais pendant ces années sur Mars, il y avait encore une atmosphère dense, car les rivières coulaient.

Un point important: tous les facteurs ci-dessus, le champ magnétique n'affecte en aucune façon. Par conséquent, la Terre, dans quelques milliards d'années, fait face au sort de Mars et de Vénus - la volatilisation complète de l'hydrogène, c'est-à-dire se transformant en désert. Il pourrait y avoir une publicité pour un salon SPA ou une station balnéaire - profitez de l'eau liquide pendant qu'il y a une telle opportunité.



L'atmosphère peut s'amincir sans quitter la planète. Cela se produit lorsque les gaz atmosphériques entrent en interaction chimique ou physique avec la surface. Le carbone et l'oxygène peuvent se lier efficacement pour réagir avec les roches. On pense que si vous libérez tout le carbone de la Terre, qui est maintenant connecté à des dépôts d'hydrocarbures et de roches carbonatées, alors notre atmosphère ne sera pas très différente de la Vénusienne. Par conséquent, je dois dire merci aux millions d'années d'évolution des micro-organismes qui ont transformé notre Terre en un jardin fleuri. L'hydrogène et l'oxygène peuvent être efficacement éliminés de l'atmosphère en se transformant en eau et en formant des océans ou des glaciers, et plus le Soleil est éloigné, plus toutes sortes de gaz peuvent se transformer en glace.

Revenons maintenant au vent solaire et au champ magnétique. Le vent solaire est un flux de particules chargées - électrons, protons et particules alpha. Les particules ont des vitesses différentes et les particules lentes (300-500 km / s) disent «vent solaire lent», rapide (600-800 km / s) - «vent solaire rapide» et haute vitesse (900 km / s et plus) ) - "radiation solaire". Le soleil émet également une tonne d’autres "radiations": ultraviolets, rayons X, neutrons, jusqu’au gamma, mais maintenant nous parlerons de celui qui a une charge électrique et qui est affecté par un champ magnétique.

Ainsi, les particules solaires se précipitent du Soleil vers la Terre. À une distance d'environ 10 rayons terrestres, notre champ magnétique commence à les influencer et à les dévier. Plus l'énergie des particules est faible, plus elles sont déviées efficacement par le champ magnétique. Sur le site de cette rencontre, une onde de choc se forme. En conséquence, certaines particules glissent à travers les lignes magnétiques, mais dévient pour voler au-delà de la Terre, certaines sont absorbées par l'atmosphère, mais la grande majorité s'aligne le long des lignes magnétiques et fusionne dans les tores existants des particules chargées autour de la Terre, appelées `` ceintures de rayonnement ''. Hourra, la planète est sauvée, le champ magnétique a fait son acte héroïque ... Mais qu'est-ce que c'est? Pourquoi nos bâtons sont-ils devenus rouges et verts?



Les aurores sont un spectacle merveilleux, jusqu'à ce que vous pensiez à la physique des processus qui s'y déroulent. Et ce qui se passe: les lignes magnétiques capturent non seulement les particules solaires, mais aussi une partie d'entre elles sont dirigées vers les pôles. Les particules nouvellement arrivées sont en outre accélérées par un champ magnétique et s'effondrent dans l'atmosphère terrestre. Ils frappent les électrons des atomes et des molécules neutres, ils se chargent et brillent d'indignation. Les ions chargés forment un champ électrique qui commence à fonctionner comme un accélérateur et accélère les ions (molécules qui ont perdu un électron), de sorte qu'ils gagnent une seconde vitesse cosmique et quittent la planète. C'est ainsi que se déroule le processus de dissipation électromagnétique, dont un champ magnétique nous sauverait soi-disant. Vous vous souvenez de l'hydrogène et de l'hélium qui s'éloignaient de la Terre? Ajoutez de l'oxygène ici aussi,qui est trop lourd pour la dissipation thermique et ne vole de la Terre qu'en raison d'un champ magnétique aussi "bon" et "bienveillant". Le volume de la perte d'oxygène de chaque belle nuit dans la région polaire n'est pas encore connu, mais le fait lui-même est déjàprouvé par les satellites européens Cluster.



Que se passera-t-il si une planète sans champ magnétique est soumise à l'impact du vent solaire? Tout sera plus dramatique ici - les particules solaires s'approcheront librement de la planète à une distance et demie de son diamètre, et commenceront à bombarder les couches supérieures de son atmosphère. Les molécules de gaz vont commencer à perdre des électrons, à acquérir une charge et ... à repousser les courants du vent solaire avec la même charge. Ceux. ici aussi, une onde de choc se formera, comme avec un champ magnétique, qui ne permettra pas à la majeure partie des particules solaires de se rapprocher. Grâce à cet effet, Vénus n'a pas perdu son atmosphère incroyablement dense, étant beaucoup plus proche du Soleil que la Terre ou Mars.



Jusqu'à présent, les scientifiques ne peuvent pas dire à quel point la contribution de la dissipation électromagnétique à la dégradation de l'atmosphère martienne est importante. Afin de répondre à cette question, le satellite MAVEN a été envoyé sur Mars. Entre-temps, plusieurs faits sont connus sur la perte de l'atmosphère martienne:

• Maintenant, moins d'une tonne d'atmosphère est perdue par jour - le vaisseau spatial Mars Express l'a découvert , mais les mesures ont été effectuées au minimum solaire;
• de la formation de la planète à aujourd'hui, Mars a perdu autant d'hydrogène de l'atmosphère que pourrait être contenu dans un océan de 110 mètres de profondeur, couvrant la planète entière - les astronomes de l'Observatoire européen austral ont appris cela en analysant le changement du rapport des isotopes d'hydrogène légers et lourds dans l'atmosphère de Mars;
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Il s'avère qu'aujourd'hui, les scientifiques ne font que deviner les mécanismes qui ont conduit à la perte de 1/3 de toute l'atmosphère de Mars, et ne savent pas où 2/3 d'autre s'est produit. On ne sait pas combien de mécanismes de dissipation électromagnétique (vent solaire), hydrostatique (puissantes éruptions de supervolcans) et d'impact (chute d'astéroïdes) ont contribué à cette perte. Dans le même temps, la contribution du vent solaire à l'appauvrissement de l'atmosphère est actuellement à l'étude et dans les années à venir, il y aura une réponse plus spécifique à cette question, et les volcans et astéroïdes peuvent être exclus des facteurs essentiels de la dégradation atmosphérique de Mars.

Pour résumer: l'exemple de Vénus montre que le vent solaire n'est pas un facteur décisif de la volatilisation de l'atmosphère. Pour Mars, son effet est environ quatre fois moins intense. Certains des facteurs qui pourraient conduire à la perte de l'atmosphère de Mars dans le passé ne sont pas significatifs aujourd'hui: les chutes d'astéroïdes et les puissantes éruptions volcaniques. Le rayonnement thermique du Soleil, dû à la localisation éloignée de Mars, n'est pas non plus un facteur décisif de dissipation, du moins maintenant qu'il n'y a pratiquement pas d'hydrogène léger et d'hélium dans l'atmosphère. Par conséquent, tout ce qui nous reste à faire pour transformer Mars en jardin fleuri est d'attendre les résultats du satellite MAVEN et de trouver plusieurs milliards d'exajoules d'énergie pour remplir magiquement l'atmosphère de Mars avec un gaz inconnu.Et quelle magie peut être appliquée ici, nous en parlerons dans le prochain numéro de "Terraforming appliqué". Ne changez pas.

Source: https://habr.com/ru/post/fr384695/