Marte precisa de um campo magnético?

Continuamos a rubrica "Terraformação aplicada". Na edição anterior, avaliamos as reservas de dióxido de carbono marciano e o potencial humano para sua transformação na atmosfera. Hoje vamos falar sobre se faz algum sentido preencher a atmosfera de Marte na ausência de um campo magnético.

O tópico do campo magnético aparece em quase todas as discussões quando se trata da transformação de Marte em um planeta semelhante à Terra. Muitos, mesmo a partir das lições da história natural, e através dos esforços de vários filmes e publicações populares da ciência, a memorizaram firmemente como verdade: o campo magnético da Terra nos protege da radiação solar e a atmosfera do vento solar. Além disso, esse "sopro" é percebido por muitos literalmente - como um processo mecânico de remoção de gases atmosféricos por fluxos de plasma solar.

O campo magnético da Terra, em tais pinturas, é pintado como um protetor heróico, que permanece com um escudo no caminho das correntes malignas do vento ardente enviado pelo Sol.



No entanto, a pesquisa espacial moderna fornece cada vez mais razões para revisar esse quadro, no sentido de complicar os processos de interação da heliosfera e da geosfera. Esquemas mais honestos já indicam que a magnetosfera não economiza do vazamento atmosférico dos pólos, mas até contribui.



Vamos começar em ordem. Primeiro você precisa entender as causas da perda de atmosfera pelos planetas.

A dissipação (dispersão) das atmosferas no espaço tem uma origem térmica e não térmica. Existem dois mecanismos térmicos: o chamado Jeans e hidrodinâmica. O primeiro é o aquecimento de moléculas atmosféricas pela luz solar. Como você sabe, a temperatura é a intensidade do movimento de átomos e moléculas. Se houver muitos vizinhos ao redor de uma molécula aquecida, ela transfere sua energia de movimento para eles e diminui a velocidade. Se não houver moléculas e átomos por perto, e o fluxo de energia não parar, em algum momento a molécula aquecerá a tal estado que, como uma nave espacial real, deixa a atmosfera em uma segunda velocidade cósmica . Isso é aproximadamente o que acontece na atmosfera superior - o chamado termosfera. E quanto mais próximo o planeta estiver do Sol, mais forte será o efeito desse fator. Mas aqui depende muito da massa do planeta. Por exemplo, hidrogênio e hélio deixam facilmente os limites da atmosfera de Vênus, mas moléculas de CO2 mais massivas são mantidas por uma gravidade bastante forte do planeta. Aliás, na Terra, acontece o mesmo, apenas com menos intensidade, mas 250 toneladas de hidrogênio e 4 toneladas de hélio sempre se despedirão todos os dias.

Um processo semelhante ao processo térmico é o fotoquímico, quando, sob a influência dos raios ultravioleta, as moléculas se decompõem em átomos separados, por exemplo, a água é separada em hidrogênio e oxigênio, o que contribui para a fuga de hidrogênio.

Marte está mais distante do Sol, então a atmosfera recebe menos luz, mas a massa do planeta é menor, portanto, de acordo com várias fontes, perde diariamente de 1 a 100 toneladas da atmosfera - principalmente dióxido de carbono.



Mas lembramos que Marte não tem campo magnético! Vamos lá, mas, por enquanto, consideraremos outro método térmico de perda atmosférica - hidrostático.

Se o aquecimento da atmosfera do planeta for bastante intenso e se houver fontes adicionais de calor abaixo, as moléculas de gás mais pesadas podem se deixar levar pelos fluxos de partículas de luz, aquecer e ganhar o mesmo segundo cósmico, para que nunca mais retornem ao planeta. Provavelmente por esse motivo, o satélite ativo e massivo suficientemente vulcânico de Júpiter Io não possui atmosfera significativa - ele é constantemente explodido por poderosas erupções vulcânicas.



Existe outra maneira de se livrar da atmosfera, que é parcialmente semelhante ao impacto hidrostático anterior. Todos sabemos como são as explosões poderosas - uma coluna de fumaça sobe no céu, transformando-se em cogumelo. Se a explosão for forte o suficiente, esse pilar subirá para o espaço, onde, em uma atmosfera rarefeita, as moléculas aquecidas podem acelerar o suficiente para voar para sempre. Para planetas com um campo gravitacional relativamente forte e uma atmosfera densa como Terra e Vênus, esse fator pode ser insignificante, mas para Marte as perdas podem ser muito mais significativas e parecem ter mais do que a Terra - o cinturão de asteróides está próximo. Esse fator é contra aqueles que se oferecem para derrubar um asteróide ou um cometa maior em Marte - ainda precisamos calcular se restará alguma coisa após a explosão.



É difícil dizer o quão importante um papel significativo na perda de atmosfera de Marte foi desempenhado pelo mecanismo de impacto. Você só pode fazer estimativas aproximadas, mas mesmo estimativas aproximadas que eu não atendi. No entanto, não devemos esquecer que Marte sofreu mais, assim como a Lua e a Terra durante o bombardeio pesado tardio , cerca de 3,8 bilhões de anos atrás. Mas naqueles anos em Marte ainda havia uma atmosfera densa, porque rios corriam.

Um ponto importante: todos os fatores acima, o campo magnético não afeta de forma alguma. Portanto, a Terra, em alguns bilhões de anos, enfrenta o destino de Marte e Vênus - a volatilização completa do hidrogênio, ou seja, se transformando em um deserto. Pode haver um anúncio para um salão de spa ou um resort à beira-mar - desfrute de água líquida enquanto houver essa oportunidade.



A atmosfera pode ficar mais fina sem sair do planeta. Isso acontece quando os gases atmosféricos entram em interação química ou física com a superfície. Carbono e oxigênio podem se ligar efetivamente para reagir com rochas. Acredita-se que, se você liberar todo o carbono da Terra, que agora está conectado em depósitos de hidrocarbonetos e rochas carbonáticas, nossa atmosfera não será muito diferente da venusiana. Portanto, devo agradecer aos milhões de anos de evolução de microrganismos que transformaram nossa Terra em um jardim florescente. O hidrogênio e o oxigênio podem ser efetivamente removidos da atmosfera transformando-se em água e formando oceanos ou geleiras. Quanto mais longe do Sol, mais todos os tipos de gases podem se transformar em gelo.

Agora, de volta ao vento solar e ao campo magnético. O vento solar é uma corrente de partículas carregadas - elétrons, prótons e partículas alfa. As partículas têm velocidades diferentes e as partículas lentas (300-500 km / s) dizem "vento solar lento", rápido (600-800 km / s) - "vento solar rápido" e aproximadamente alta velocidade (900 km / s ou mais) ) - "radiação solar". O sol também irradia uma tonelada de outras "radiações": ultravioleta, raio-x, nêutron, até gama, mas agora vamos falar sobre uma que tem carga elétrica e é afetada por um campo magnético.

Então, partículas solares correm do Sol em direção à Terra. A uma distância de cerca de 10 raios da Terra, nosso campo magnético começa a influenciá-los e desviá-los. Quanto menor a energia das partículas, mais eficientes elas são desviadas pelo campo magnético. No local desta reunião, uma onda de choque se forma. Como resultado, algumas partículas deslizam através das linhas magnéticas, mas se desviam para voar além da Terra, outras são absorvidas pela atmosfera, mas a grande maioria se alinha ao longo das linhas magnéticas e se funde com os fluxos de toro existentes de partículas carregadas ao redor da Terra, chamadas de "cinturões de radiação". Viva, o planeta está salvo, o campo magnético fez sua ação heróica ... Mas, o que é isso? Por que nossos postes ficaram vermelhos e verdes?



Auroras são uma visão maravilhosa, até que você pense sobre a física dos processos que ocorrem lá. E acontece o seguinte: as linhas magnéticas não apenas capturam partículas solares, mas também uma parte delas é direcionada aos pólos. As partículas recém-chegadas são adicionalmente aceleradas por um campo magnético e colapsam na atmosfera da Terra. Eles batem elétrons de átomos e moléculas neutros, ficam carregados e brilham com indignação. Os íons carregados formam um campo elétrico que começa a atuar como um acelerador e acelera íons (moléculas que perderam um elétron), de modo que eles ganham uma segunda velocidade cósmica e saem do planeta. É assim que o processo de dissipação eletromagnética ocorre, a partir do qual um campo magnético supostamente nos salva. Lembre-se de hidrogênio e hélio voando para longe da Terra? Adicione oxigênio aqui também,que é muito pesado para dissipação térmica e voa da Terra apenas devido a um campo magnético "bom" e "cuidadoso". O volume de perda de oxigênio de cada noite bonita na região polar ainda não é conhecido, mas o fato em si já écomprovada pelos satélites do European Cluster.



O que acontecerá se um planeta sem campo magnético for sujeito ao impacto do vento solar? Tudo será mais dramático aqui - as partículas solares se aproximarão livremente do planeta a uma distância de um meio e meio de seu diâmetro e começarão a bombardear as camadas superiores de sua atmosfera. As moléculas de gás começarão a perder elétrons, adquirir uma carga e ... repelir as correntes do vento solar com a mesma carga. Essa. aqui também se formará uma onda de choque, como acontece com um campo magnético, que não permitirá que a maior parte das partículas solares se aproxime. Graças a esse efeito, Vênus não perdeu sua atmosfera incrivelmente densa, estando muito mais perto do Sol do que a Terra ou Marte.



Até agora, os cientistas não podem dizer quão significativa é a contribuição da dissipação eletromagnética para a degradação da atmosfera marciana. Para responder a essa pergunta, o satélite MAVEN foi enviado a Marte. Enquanto isso, vários fatos são conhecidos sobre a perda da atmosfera marciana:

• Agora, menos de 1 tonelada da atmosfera é perdida por dia - a sonda Mars Express descobriu , mas as medições foram realizadas no mínimo solar;
• desde o momento em que o planeta foi formado até hoje, Marte perdeu tanto hidrogênio da atmosfera quanto poderia estar contido no oceano a 110 metros de profundidade, cobrindo todo o planeta - astrônomos do Observatório Europeu do Sul aprenderam isso analisando a mudança na proporção dos isótopos de hidrogênio leves e pesados ​​na atmosfera de Marte;
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Acontece que hoje os cientistas apenas adivinham os mecanismos que levaram à perda de 1/3 de toda a atmosfera de Marte e não sabem onde mais 2/3 aconteceu. Não se sabe quantos mecanismos de dissipação eletromagnética (vento solar), hidrostática (fortes erupções de supervulcões) e de impacto (queda de asteróides) contribuíram para essa perda. Ao mesmo tempo, a contribuição do vento solar para o esgotamento da atmosfera está sendo estudada e, nos próximos anos, haverá uma resposta mais específica para essa questão, e vulcões e asteróides podem ser excluídos dos fatores essenciais da degradação atmosférica de Marte.

Resumindo: o exemplo de Vênus mostra que o vento solar não é um fator decisivo na volatilização da atmosfera. Para Marte, seu efeito é cerca de quatro vezes menos intenso. Alguns dos fatores que poderiam levar à perda da atmosfera de Marte no passado não são significativos hoje: quedas de asteróides e poderosas erupções vulcânicas. A radiação térmica do Sol, devido à localização remota de Marte, também não é um fator decisivo na dissipação, pelo menos agora que praticamente não há hidrogênio e hélio leves na atmosfera. Portanto, tudo o que resta fazer para transformar Marte em um jardim florido é esperar pelos resultados do satélite MAVEN e encontrar vários bilhões de exajoules de energia para encher magicamente a atmosfera de Marte com gás desconhecido.E que mágica pode ser aplicada aqui, falaremos na próxima edição da "Terraforming Aplicada". Não mude.

Source: https://habr.com/ru/post/pt384695/