Wie wichtig ist das Magnetfeld des Planeten? Neue Debatte steigt

Unsere nächste planetarische Nachbarn, Mars und Venus, haben keine Ozeane, Seen oder Flüsse. Einige Forscher haben spekuliert, dass sie vom Sonnenwind trocken geblasen wurden, und dass unsere Erde diesem Schicksal entgangen, weil sein starke Magnetfeld lenkt den Wind. Allerdings ist eine Debatte darüber, ob ein Magnetfeld jede Art von Schild überhaupt ist entstanden.

Die Kontroverse ergibt sich aus Beobachtungen, die zeigen, dass Mars und Venus Sauerstoffionen durch ihre Atmosphären in den Weltraum zu etwa der gleichen Rate wie Erde verlieren. Dies war etwas überrascht, da nur die Erde hat eine starke zweipoligen magnetischen Fieldthat kann Sonnenwindteilchen von knallte in die obere Atmosphäre und direkt stripping entfernt Ionen verhindern.

"Meiner Meinung nach ist, dass die magnetische Abschirmung Hypothese unbewiesen," sagte Robert Strangeway von der UCLA. "Es gibt nichts in den zeitgenössischen Daten zu rechtfertigen, magnetische Felder aufrufen."

Jeder der drei Planeten ist etwa eine Tonne Atmosphäre zu jeder vollen Stunde Raum verlieren. Etwas von diesem Material verloren war ursprünglich in Form von Wasser, so stellt sich die Frage: wie sind die Planeten gelandet mit sehr unterschiedlichen Mengen von Wasser wenn sie alle "Raum zu ähnlichen Preisen undicht sind"?

"Das Problem ist in heutigen Preise nehmen und versuchen zu erraten, was Milliarden von Jahren, geschah", erklärt Janet Luhmann von der University of California, Berkeley. Sie glaubt, dass das Erdmagnetfeld den Unterschied in der Vergangenheit gemacht haben könnte, wenn der Sonnenwind vermutlich stärker war.

"Menschen sind nicht setzen alle Karten auf den Tisch," sagte Luhmann. "Wir können nicht sagen, dass magnetische Felder aus den aktuellen Daten unwichtig sind."

Luhmann und Strangeway Stimme, sortieren, was einen Planeten, während die andere trocken nass benötigen mehr Daten wie die atmosphärische Verlust von der Sonne Ausgang abhängt.

Schläge im solar Wind

Der Haupttreiber der Ionen-Flucht aus Planetenatmosphären ist der Sonnenwind, ein High-Speed-Abfluss aus der Sonne, meist bestehend aus Protonen und Elektronen. Weil diese Partikel eine Ladung tragen, biegen ihre Wege wenn sie einem magnetischen Feld begegnen.

Für nicht magnetisiert Mars und Venus der Sonnenwind im Grunde Fässer direkt in die obere Atmosphäre und schöpft Ionen und trägt sie in den Weltraum. Warth Magnetfeld stellt ein Hindernis für den Sonnenwind, genannt die Magnetosphäre aber Ionen noch bekommen abgestreift durch einen Umweg.

Im Wesentlichen, überträgt der Sonnenwind interagieren mit dem Erdmagnetfeld etwas von seiner Energie in die obere Atmosphäre in den Polarregionen. Die Polarlichter, die sichtbar in hohen Breitengraden sind sind eine Manifestation dieser Übertragung. Aber es erwärmt auch atmosphärische Ionen genug, dass sie sich Flucht aus Polen, bildet der Erde "polar Ion Abflüsse."

"Das magnetische Feld ist ein Hindernis für den Sonnenwind, aber es ist auch ein Trichter" Strangeway sagt. Die Wirkung des Sonnenwindes auf der Erde ist weniger einheitlich als auf dem Mars und Venus, aber anscheinend die Netto-Verlust beträgt ungefähr das gleiche.

STRANGEWAY erklärt dies in Bezug auf Dynamik. Der Sonnenwind verliert etwas an Schwung, wenn es in jedem Planeten läuft. [Fotos: Polarlichter Blenden nördlichen Beobachter]

Grundlegende Physik legt nahe, dass diese Dynamik hat, irgendwohin zu gehen, und nach Strangeway, es in die Polarregion Atmosphäre geht um dort Geschwindigkeiten ausreichend, um die Erdanziehungskraft zu entkommen-Ionen zu energetisieren. Die Anwesenheit eines Magnetfeldes ändert sich des Mechanismus für diese Impulsübertragung, aber das Endergebnis ist ähnlich.

Zumindest scheint das jetzt der Fall sein.

Wasseräquivalent Verlust

Die Planeten sind derzeit ein paar hundert Gramm von Ionen pro Sekunde verlieren, aber dieser Verlust verteilt sich auf einem sehr großen Teil des Universums, so ist es eine Herausforderung, genau zu messen. Satelliten im Orbit um die Erde haben High-Speed-Ionen kommen über den Polen entdeckt, aber Wissenschaftler sind nicht sicher, wie viele davon tatsächlich in den Weltraum entweichen, anstatt wieder in die Atmosphäre durch die Erdmagnetosphäre zu recyceln.

Beobachtungen auf dem Mars und Venus wurden härter, vorbei zu kommen. Mars Express (umkreist Mars seit 2003) und Venus Express (Venus seit 2006 im Orbit) haben viel bessere Zwänge als bisherigen planetaren Missionen zur Verfügung gestellt.

"Gerade jetzt sind die Preise für die drei Planeten ungefähr das gleiche für bestimmte Ionen," sagt Luhmann. "Niemand wird diskutiert, dass."

Flucht in den Weltraum, wie z. B. ionisierten Kohlenmonoxid und Kohlendioxid-Moleküle, die auch Sauerstoff enthalten wurden andere Ionen neben Sauerstoff gemessen. Wasserstoff-Ionen sind auch verloren, aber sie sind schwer zu unterscheiden von Sonnenwind Protonen.

Trotzdem nehmen Forscher, dass etwa zwei Wasserstoffatome für jedes Sauerstoff entweichen. (Die Argumentation ist, dass wenn dies nicht der Fall wäre, die Atmosphäre schon vor langer Zeit stark oxidativ oder reduktiv geworden wäre). Der Nettoeffekt ist der Verlust von H2O-Molekülen.

Forscher wandeln die Sauerstoff-Ionen-Loss-Kurs in eine äquivalente Wasser-Loss-Kurs, und sie dann versuchen zu schätzen, wieviel Wasser aus jeder Planet in ihrer langen Geschichte abgestreift worden ist.

Mars ist das Lieblings Beispiel, weil der Planet Geologie gibt an, dass vor 3,5 Milliarden Jahren gab es eine große Menge des flüssigen Wassers auf der Oberfläche. Wir haben weniger Beweise für Venus, aber es war in der Vergangenheit auch wahrscheinlich nass.

"Alle drei Planeten eine anständige Wasserhaushalt mit zu beginnen hatte", sagte Luhmann.

STRANGEWAY hat berechnet, wie viel Wasser jeder Planet in den Weltraum, vorausgesetzt, die aktuellen Preise verloren haben sollte in den letzten 3,5 Milliarden Jahren konstant geblieben. Vorstellen, dieses Wasser gleichmäßig über die Oberfläche, Mars, würde Erde und Venus jeweils eine Schicht Wasser 30, 9 und 8 Zentimeter dick, bzw. verloren haben.

"Das ist keine ganze Menge", räumte Strangeway. Es ist definitiv nicht genug, um den Mars geologischen Besonderheiten erklären.

Ein Nachteil ist der Verlust von neutralen Atomen, die durch aktuelle Instrumente weitgehend unentdeckt. Mars ist wahrscheinlich vielen neutralere Atomen als seine Kollegen verlieren. Und zwar deshalb, weil Mars kleiner ist und so einen schwächeren gravitativen Einfluß auf seine Atmosphäre hat. Bestimmte chemische Wechselwirkungen können neutrale Sauerstoffatome schnell genug ist, um Mars Schwerkraft zu entkommen geben.

Dieser neutrale Verlust könnte erklären, warum Mars trocken ist, aber es kann nicht erklären, warum Venus auch ohne Wasser. Die Fluchtgeschwindigkeit auf Venus und der Erde ist zu hoch für neutrale Verlust erheblich sein.

"Venus ist schwieriger," sagt Strangeway. Etwas muss anders gewesen in der Vergangenheit zu erklären, warum Venus hat 100.000 Mal weniger Wasser als die Erde.

Die Sonne war ein Unterschied.

Solare Variabilität

Wir haben keine direkte Aufzeichnung der Geschichte der Sonne, aber Astronomen können andere Sterne, die ähnlich wie unsere Sonne in einem früheren Alter studieren. Diese jungen sonnenähnlichen Sterne scheinen mit möglicherweise stärkeren Winden und mehr ultraviolette Lichtausstrahlung mehr aktiv sein. Daher ist es wahrscheinlich, dass unsere Sonne Planeten ihre Atmosphären mit einer schnelleren Rate in der Vergangenheit abstreifen war.

Luhmann argumentiert, dass das Erdmagnetfeld Schutzschild gegen eine aktivere Sonne besser gewesen sein könnte. Im Vergleich dazu könnte die Verlustraten auf wehrlose Venus und Mars um den Faktor tausend oder mehr relativ zur Erde gegangen.

STRANGEWAY ist nicht überzeugt.

"Ich bin sehr vorsichtig", sagte er. "Ich weiß nicht genug zu sagen, wie die junge Sonne mit einem planetarischen Magnetfeld interagieren würde."

Eine Möglichkeit, die Rolle von Magnetfeldern in der Vergangenheit zu untersuchen ist zu beobachten, was passiert nun bei einem Sonnensturm, wenn der Sonnenwind heftig Windböen. Mehrere Sonnenstürme (oder mehr technisch "koronale Massenauswürfe") von der Sonne jeden Tag während der Gipfel in den solaren Kreislauf ausbrechen, aber nur ein paar Stürme über Erde passieren jeden Monat. Wenn sie es tun, Satelliten können ausgeschlagen, und Strahlung kann über die Pole zu den gefährlichen Niveaus erhöhen.

Auf die Erde Sonnenstürme beschleunigen auch atmosphärische Erosion, aber genauere Messungen sind erforderlich. Cluster-Satelliten der ESA sind auf unserem Planeten Magnetosphäre und Sonnenwind Interaktion Daten sammeln. Diese Informationen werden Modelle auf das "Wetter" in der oberen Atmosphäre verbessern, so dass Wissenschaftler besser modelliert werden können, atmosphärische Flucht- und wie es von den Sonnenwind und andere Eingänge abhängt.

Für Mars wird die kommende Maven-Mission der NASA Studie Ion und neutrale Verluste und testen, ob diese Preise bei Störungen in der Sonnenaktivität und der Sonnenwind ändern.

Wenn Strangeway raten, sagte er, dass die Daten zeigen, dass die Differenz zwischen Planeten magnetisiert und nicht magnetisiert gering sein wird. Aber er hat keinen alternativen Mechanismus für den Schutz unseres Planeten Wasserversorgung.

"Wir müssen wieder an den Start gehen," sagte Strangeway.

Diese Geschichte von Astrobiology Magazine SPACE.com, eine Schwester Website zu LiveScience sorgte.