NASA、大気の流出を加速させる火星周辺の電流の最新地図を公開！

【モバイルソフト：BoKeYuan】NASAのMAVEN探査機が火星軌道に入ってから5年後、得られたデータにより火星大気中の電流システムの地図を作成することが可能になった。 「これらの海流は、火星を生命を維持できる世界から居住不可能な砂漠へと変えた大気の喪失に大きな役割を果たした」とコロラド大学ボルダー校の実験物理学者ロビン・ラムスタッド氏は語った。科学者たちは現在、海流を利用して太陽風から抽出され、大気圏外に逃げるエネルギーの正確な量を決定する研究を行っている。

地球にもこのような電流システムがあり、極地付近の夜空ではオーロラ（北極光と南極光）と呼ばれる色鮮やかな光のショーとして見ることができます。研究結果は「ネイチャー・アストロノミー」誌に掲載された。地球のオーロラは、地球の磁場と太陽風の相互作用によって生成される電流と密接に関係しています。これらの電流は垂直の磁力線に沿って大気中に流れ込み、極地域に集中します。しかし、私たちの頭上数千マイル上空の電流の流れを研究しても、火星で何が起こっているのかの一部しか分からない。その違いはそれぞれの惑星の磁場にあります。地球の磁気は内部から発生するものですが、火星の磁気はそうではありません。

惑星の磁場

地球の磁場は、溶融した導電性鉄が地殻の下を流れる地球の中心核から生じます。磁場も地球全体に広がっており、地球全体を囲んでいます。火星は地球のような岩石惑星なので、同じ磁気パラダイムが働いていると考えられる。しかし、火星自体は、比較的小さな磁化された地殻の領域以外では磁場を生成しません。地球上で観測されているものとは異なる何かが赤い惑星で起こっているに違いない。

火星で何が起こったのでしょうか?

太陽風は主に電荷を帯びた電子と陽子で構成されており、時速約100万マイルの速度で太陽から継続的に吹き出しています。それは太陽系の物体の周りを流れ、相互作用します。太陽風も磁化されており、この磁場は火星のような磁化されていない惑星の上層大気を容易に貫通することができません。代わりに、地球の電離層に誘導される電流によって磁場が蓄積され、強化され、誘導磁気圏と呼ばれるものが形成されます。太陽風が火星の誘導磁気圏をどのように動かすのかは、今になってようやくよく理解されるようになった。

太陽風のイオンと電子が火星付近のこの強力な誘導磁場に衝突すると、それらは反対の電荷によって引き離されます。一部のイオンは一方向に流れ、一部の電子は別の方向に流れ、地球の昼側から夜側へ流れる電流を生み出します。同時に、太陽のX線と紫外線は火星の上層大気の一部を絶えず電離させ、電気を伝導できる電子と荷電イオンの組み合わせに変えています。火星の大気は、回路がオフになっている金属球のような挙動を示します。海流は上層大気を流れており、最も強い層は地球の表面から 120 ～ 200 キロメートル (約 75 ～ 125 マイル) 上空に存在しています。

MAVEN や以前のミッションでは、これまでにもこうした電流層の局所的な兆候は確認されていたが、太陽風での発生から上層大気のどこに電気が蓄えられるかまで、電流の完全なシステムをマッピングできたことはなかった。宇宙でこれらの電流を直接検出することは非常に困難ですが、幸いなことに、これらの電流は太陽風の磁場を歪めるため、MAVEN の高感度磁力計で検出できます。研究チームはMAVENを使用して火星の周囲の平均的な磁場構造を3次元でマッピングし、磁場構造に生じる歪みから電流を直接計算した。たった 1 回の優雅な操作で、この磁場マップから電流の強さと経路が明らかになります。

赤い惑星の運命

火星の周囲に全球的な磁場が存在しない場合、太陽風に誘導された電流が火星の上層大気と直接電気的につながる可能性がある。電流は太陽風のエネルギーを磁場と電場に変換し、帯電した大気粒子を宇宙空間に加速し、大気を宇宙空間に逃がします。新たな発見は、MAVEN が大気圏脱出目標について理解しているいくつかの予想外の特徴を明らかにしている。脱出を推進するエネルギーは、一般に想定されているよりもはるかに大きな体積から来ているようだ。太陽風によって引き起こされる大気の減少は数十億年にわたって活発に行われており、火星が暖かく湿った惑星から地球全体が寒い砂漠へと変化する一因となっている。

メイヴンは、このプロセスがどのように機能し、地球の大気がどれだけ失われたのかを調査し続けています。この研究はMAVENミッションによって資金提供されました。 MAVEN の主任研究員は、コロラド大学ボルダー校の大気宇宙物理学研究所に勤務しています。メリーランド州グリーンベルトにある NASA ゴダード宇宙飛行センターが MAVEN プロジェクトを管理しています。 NASA は、宇宙からの強力な機器と地上ミッションによって、太陽系とその先を探査し、近い世界や遠い世界、星、そして宇宙の謎を解き明かしています。

ボー・ケ・ユアン研究/出典: NASA ゴダード宇宙飛行センター

この研究はネイチャー・アストロノミー誌に掲載された。

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