Obří plazmové vlny mohou odstraňovat atmosféru Marsu

Kelvinovy-Helmholtzovy vlny mohou pomoci slunečnímu větru odstraňovat atmosférické částice z Marsu. Mars je neustále vystaven proudu nabitých částic, které se ženou od Slunce. Globální magnetické pole Země odklání velkou část tohoto slunečního větru, ale Mars postrádá srovnatelný štít. Proud proto může přímo zasahovat horní vrstvy atmosféry planety a postupně unášet některé z jejích částic do vesmíru.

Výzkumníci pod vedením Boston University identifikovali jeden ze způsobů, jakým může k této ztrátě atmosféry docházet. Jejich studie, publikovaná v časopise Science Advances, zjistila, že sluneční vítr může narušovat vnější okraj marťanské atmosféry podobně, jako vítr rozvíří hladinu vody. Interakce vytváří velké zvlněné struktury zvané Kelvin-Helmholtzovy vlny, které mohou pomoci odtáhnout atmosférický materiál od planety.

Dvě kosmické sondy odhalují chybějící článek
První autor Chi Zhang, vědecký pracovník Centra pro kosmickou fyziku Boston University, spolupracoval s kolegy s využitím měření ze sondy NASA s názvem MAVEN a čínské mise Tianwen-1. Centrum pro kosmickou fyziku je výsledkem spolupráce mezi College of Arts & Sciences a College of Engineering Boston University.

Sonda Tianwen-1 měřila nerušený sluneční vítr předtím, než dosáhl Marsu, zatímco MAVEN detekovala atmosférické ionty unikající z blízkosti planety. Kombinace pozorování umožnila vědcům porovnat podmínky slunečního větru v reálném čase přímo se změnami ve ztrátě marťanských atmosférických částic.

Vědci již věděli, že velká oblaka plazmatu v horních vrstvách atmosféry Marsu mohou unášet skupiny iontů procesem známým jako „hromadný únik“. Bylo navrženo několik možných vysvětlení, jak tato oblaka vznikla, ale jejich původ zůstal nejistý, protože vědcům chyběly přímé pozorovací důkazy.

Jedna kosmická sonda nemohla problém vyřešit, protože nemohla současně měřit sluneční vítr proti proudu a unikající ionty poblíž Marsu. V dřívější studii publikované v Nature Communications Zhang a kolegové ukázali, že koordinovaná pozorování ze sond MAVEN a Tianwen-1 by mohla propojit změny v přicházejícím slunečním větru s podmínkami v okolí planety.

S využitím stejného přístupu se dvěma kosmickými sondami studie Science Advances identifikovala Kelvin-Helmholtzovy vlny jako důležitý faktor úniku atmosférických iontů. Vlny vznikají tam, kde pohybující se plazma proudí kolem okraje horní atmosféry Marsu, víří hranici a vytváří velká mračna, která mohou unášet atmosférické částice ven.

Atmosférický únik zvýhodňuje jednu stranu
Zhang a kolegové našli přímý důkaz, že pozorovaná plazmatická mračna generovaly Kelvin-Helmholtzovy vlny. Měření také ukázala, že výsledná atmosférická ztráta nebyla po Marsu rovnoměrně rozložena. „Místo toho je pozorována hlavně na jedné straně planety, v závislosti na směru elektrického pole slunečního větru,“ řekl Zhang.

Zdá se, že směr tohoto elektrického pole určuje, kde se vlny tvoří nejefektivněji a kde dochází k posílenému úniku. Výsledky proto spojují přicházející sluneční vítr, vývoj Kelvin-Helmholtzových vln a únik atmosférických iontů v jedné pozorovací sekvenci.

Budoucí mise změří dopad
Vědci ještě musí určit, jak často se tyto vlny tvoří, jaké podmínky slunečního větru je posilují a jakou část celkové ztráty atmosféry Marsu produkují.

„Budoucí výzkum se zaměří na identifikaci podmínek, které podporují vznik a růst Kelvin-Helmholtzových vln, a na určení, jak moc přispívají k úniku atmosféry Marsu,“ poznamenal Zhang.

Zodpovězení těchto otázek bude vyžadovat další měření pomocí kosmických sond a pokročilejší numerické simulace. MAVEN vstupuje do závěrečné fáze své mise, ale Zhang uvedl, že další kosmické sondy by tuto práci mohly rozšířit.

„S přechodem MAVEN do závěrečné fáze své mise bude jeho bohaté vědecké dědictví doplněno misí NASA s názvem ESCAPADE, kterou tvoří dvě identické sondy a které již byly vypuštěny. Ty poskytnou důležitou novou příležitost k prozkoumání ztráty atmosféry Marsu způsobené slunečním větrem,“ řekl Zhang.

Očekává se, že sondy ESCAPADE poskytnou další příležitost k pozorování, jak podmínky slunečního větru ovlivňují atmosféru Marsu. Tato měření by mohla pomoci vědcům odhadnout význam Kelvin-Helmholtzových vln ve srovnání s jinými procesy, které rovněž odstraňují atmosféru.

„Chceme vědět, kdy se tyto vlny s největší pravděpodobností tvoří, jak se vyvíjejí a jak silně mohou řídit únik atmosféry,“ řekl Chuanfei Dong, člen fakulty Centra pro vesmírnou fyziku Boston University a docent astronomie na College of Arts & Sciences. „Tento proces by mohl probíhat i na jiných planetách, které nemají silné magnetické pole, včetně některých exoplanet.“

Zjištění by se proto mohla vztahovat i mimo Mars. Planety bez silných globálních magnetických polí by mohly zažívat podobné hraniční vlny, když hvězdné větry přímo interagují s jejich horními vrstvami atmosféry.

„Předpokládá se, že Mars byl kdysi potenciálně obyvatelný, s hustší atmosférou a povrchovou kapalnou vodou. Pochopení toho, jak se stal studenou a suchou planetou, kterou vidíme dnes, je důležité pro pochopení toho, jak se planetární prostředí v průběhu času vyvíjí,“ řekl Zhang.

Poznámka překladatele: 6. 12. 2025 NASA ztratila se sondou MAVEN kontakt. Veškeré snahy o znovunavázání spojení skončily neúspěchem, a tak NASA 3. 6. 2026 oficiálně ohlásila ukončení mise.

Zdroj: https://scitechdaily.com/giant-plasma-waves-may-be-stripping-away-mars-atmosphere/

autor: František Martinek