Trots frånvaron av en magnetisk dipol liknande jordens, är Mars atmosfär väl skyddad från solvindens effekter på jonutflödet från planeten. Det visar mätningar från det svenskledda partikelinstrumentet ASPERA-3, som finns på rymdsonden Mars Express.
Mars är idag en torr och kall planet med en mindre än 1procent av jordens atmosfärstryck vid ytan, men många geologiska tecken på ytan tyder på att planeten har haft en aktiv vattencykel för ca 3-4 miljarder år sedan.
En aktiv vattencykel skulle ha krävt ett varmare klimat under planetens tidiga historia och därmed en tjockare atmosfär, kapabel att skapa en kraftig växthuseffekt.
En vanlig hypotes är att solvinden över tid har kraftigt eroderat Mars tidiga atmosfär. Till skillnad från jorden har Mars ingen global magnetisk dipol som deflekterar solvinden; istället inducerar solvinden strömmar i den joniserade övre atmosfären vilka skapar en inducerad magnetosfär.
– Man har länge trott att denna inducerade magnetosfär är otillräcklig för att skydda Mars atmosfär, men våra mätningar visar på något annat, säger Robin Ramstad, doktorand på Institutet för rymdfysik i Kiruna och Umeå universitet.
Mars Express är den första satelliten som Europa har skickat till Mars. Den sköts upp med en rysk raket från Baikonur i Kazakstan den 2 juni 2003. Satelliten nådde sitt mål vid jultid samma år där den gick in i en elliptisk polär bana runt planeten. Institutet för rymdfysik (IRF) i Kiruna har utvecklat och byggt ett av de sju vetenskapliga instrumenten som Mars Express bär med sig. IRF:s instrument ASPERA-3 (Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms) har till uppgift att studera hur solvinden påverkar den övre delen av atmosfären på Mars. Instrumentet i sig består av fyra olika sensorer som mäter elektroner, joner, samt energirika neutrala atomer (ENA) på två olika sätt. ASPERA-3 är det första instrumentet någonsin som mätt upp ENA med låg energi (100 eV- 10 keV) kring en annan planet.Bild: By NASA/JPL/Corby Waste [Public domain], via Wikimedia Commons
Källa: Institutet för rymdfysik
Det svenskutvecklade rymdinstrumentet IMA, en jonmassanalysator, på Mars Express har mätt jonutflödet från Mars sedan ankomst 2004. I sin forskning har Robin Ramstad kombinerat och jämfört mätningar av jonutflödet under olika solvindsförhållanden samt olika nivåer av joniserande solstrålning, så kallad extrem ultraviolett eller EUV-strålning.
Resultaten visar att solvinden har tämligen liten effekt på jonutflödet, vilken istället huvudsakligen beror på EUV-strålningen. Det har stor effekt på uppskattningen av den totala mängden atmosfär som har flytt ut i rymden.
–Trots att både solvinden och EUV-strålningen var mycket kraftigare under den tidiga solen kan jonutflödet inte förklara förlust av mer än ungefär 0.006 bar atmofärstryck över 3.9 miljarder år, säger Robin Ramstad.
– Även vår övre uppskattning, 0.01 bar, är en obetydlig mängd i jämförelse med vad som skulle ha behövts för att uppehålla en tillräckligt stark växthuseffekt, ungefär 1 bar eller mer enligt klimatmodeller.
Resultaten som redovisas i avhandlingen visar att en starkare solvind huvudsakligen accelererar partiklar som redan är på väg att fly, vilket därmed inte ökar utflödestakten. Den inducerade magnetosfären visas även väl skydda Mars atmosfär från energiöverföring från solvinden, i motsats till vad som tidigare antagits.
Avhandlingen:
Ion escape from Mars: measurements in the present to understand the past. (Svensk titel: Flykt av joner från Mars: Mätningar i nutid för att förstå det förflutna.)
Kontakt:
Robin Ramstad, Institutet för rymdfysik, robin@irf.se, +46-980-79115
Rick McGregor, Informationsansvarig, Institutet för rymdfysik, rick@irf.se, +46-980-79178
