Один инструмент на борту космического корабля изучит специальный компонент марсианской атмосферы, чтобы помочь решить эту тайну. Изучая ионы или маленькие электрически заряженные частицы, в и выше незначительной атмосферы Красной планеты, Ион Солнечного ветра Анализатор поможет ответить, почему Марс постепенно терял большую часть своей атмосферы, развивающейся в замороженную, бесплодную планету.
Как только космический корабль ЗНАТОКА вращается вокруг Марса, Solar Wind Ion Analyzer (SWIA) – который был разработан и построен в Калифорнийском университете, Space Sciences Laboratory (SSL) Беркли – проведет большую часть своего времени, измеряя ионы в солнечном ветре. Выпускаемый непрерывно от атмосферы солнца, солнечный ветер едет к Марсу на скоростях приблизительно миллион миль в час, несущий с ним магнитное поле, которое происходит в солнце. Это состоит из заряженных частиц, которые взаимодействуют с нейтральными газовыми частицами в верхней атмосфере Марса, давая им способность сбежать из гравитации Марса.
Ученые думают, что взаимодействия между ионами солнечного ветра и атмосферными частицами Марса – ключевой фактор, позволяющий частицы убежать, процесс, который постепенно лишает планету его атмосферы и делал так в течение миллиардов лет.Инструмент SWIA ведет, Джаспер Хэлекас из SSL сказал, что ученые могли применить измерения SWIA ионов солнечного ветра с измерениями газов возможности избежать атмосферы, которые другие инструменты миссии делают, устанавливая связи между двумя, которые нарисуют картину того, как атмосфера развилась.
«Объединяя измерения SWIA с измерениями убегающих газов мы можем параметризовать потерю атмосферных газов с Марса как функция условий солнечного ветра», сказал Хэлекас. «В конечном счете мы хотим знать, куда атмосфера, особенно вода, пошла, как это уехало, и на что Марс был похож по его всей истории».SWIA будет определенно измерять скорость солнечного ветра и плотность, два критических фактора, которые определяют, как ее ионы взаимодействуют с атмосферными частицами планеты. Хэлекас сказал, хотя сам солнечный ветер не заполнен ионами, его сверкающая скорость гарантирует, что огромное количество ионов поражает марсианскую атмосферу и взаимодействует с частицами атмосферы каждую секунду.ЗНАТОК заместитель следователя принципа Джанет Лухман, также в SSL, сказанном, измеряя плотность и скорость солнечного ветра, SWIA мог помочь определить, способствуют ли порывы более плотного, более быстрого солнечного ветра большей атмосферной потере.
Эта информация будет использоваться, чтобы оценить потери в прошлом, когда порывы солнечного ветра, возможно, были распространены благодаря раннему, более активному солнцу.Как только они поражают атмосферу планеты, ионы солнечного ветра играют несколько решающих ролей в помощи частицам сбежать из атмосферы Марса. Солнечный ветер составлен и из электронов, которые являются очень маленькими, отрицательно заряженные частицы и ионы, которые больше положительно заряженные частицы как ионизированный водород и гелий.
Хэлекас сказал, что и ионы и электроны могли начать процесс спасения частицы, преобразовав нейтральные частицы атмосферы в заряженные ионы. Это может произойти посредством процессов, названных перезарядкой, и повлиять на ионизацию. Ультрафиолетовый солнечный свет также преобразовывает много атмосферных частиц в ионы. Как только атмосферные частицы становятся заряженными, они могут взаимодействовать с магнитным полем солнечного ветра и быть ускорены и быть унесены с планеты; ионы, которые были удалены как это, называют ионами погрузки.
Шаг ионизации очень важен, так как оригинальные нейтральные частицы не отвечают на магнитное поле солнечного ветра и обычно имеют слишком мало энергии убежать.Хэлекас сказал, хотя электроны солнечного ветра способствуют спасению частицы, раздевая электроны от некоторых нейтральных атмосферных частиц, это – ионы солнечного ветра, которые играют больше решающей роли в предоставлении частиц достаточного количества энергии убежать.Ионизированные газы в солнечном ветре – известный как плазма – могут взаимодействовать с магнитным полем ветра, чтобы сформировать электрическое поле и ускорить недавно заряженные частицы в атмосфере с достаточным количеством энергии для них убежать.
В то время как и электроны и ионы формируют эту плазму, Хэлекас сказал, что ионы до некоторой степени более важны благодаря их большей массе.Хотя ионы солнечного ветра перемещаются в той же самой скорости как электроны, у них есть большая масса, чем электроны.
Это дает им больший импульс, который создан из массы и скорости объекта. Поэтому ионы солнечного ветра в состоянии передать больше необходимого импульса самим недавно сформированным атмосферным ионам, предоставляя им больше энергии убежать.
«Сами электроны, вероятно, не делают такой же работы в улучшении спасения», сказал Хэлекас. «Они могут ионизировать некоторые атмосферные газы посредством электронной ионизации воздействия, но они не будут стимулировать спасение посредством передачи импульса, как ионы могут».Поскольку ионы солнечного ветра играют ключевые роли во взаимодействии с другими компонентами солнечного ветра, как электроны и магнитное поле, Хэлекас сказал дополнения SWIA несколько из других инструментов ЗНАТОКА.Чтобы определить, как ионы солнечного ветра работают с магнитными полями в окружающей среде почти Марса, чтобы помочь спасению частицы, SWIA будет работать с магнитометром ЗНАТОКА. Вместе с магнитным полем солнечного ветра ионы взаимодействуют с верхней атмосферой Марса, формируя сеть заряженных частиц, и линии магнитного поля вокруг Марса назвали магнитосферу.
«Если бы не было никаких ионов солнечного ветра или магнитного поля, марсианская атмосфера просто была бы большим шаром частично ионизированного газа, сидящего в космосе», сказал Хэлекас. «Это – поступающие ионы солнечного ветра и магнитное поле, которые сжимают и деформируют ионизированный газ в структуру, имеющую форму слезинки, которую мы называем магнитосферой, которая любые частицы возможности избежать должны поехать до отпуска система».В отличие от Земли, у Марса нет глобального магнитного поля.
Вместо этого у этого есть много локализованных магнитных полей, которые могут нарушить структуру магнитосферы. Но Хэлекас сказал, что полная форма была все еще широко подобна магнитосфере Земли.
Так как заряженные частицы отвечают магнитным силам, недавно заряженные атмосферные частицы могут идти по путям, которые зависят от магнитных полей солнечного ветра. Кроме того, эти линии магнитного поля могут соединиться с собственными магнитными полями планеты, произведенными в ее корке, предоставив различные маршруты для частиц, чтобы поехать или к или далеко от Марса.Хэлекас сказал, что SWIA была, возможно, самой дополнительной к (СТАТИЧНОМУ) инструменту Suprathermal и Thermal Ion Composition, который измерит ионы планеты – включая тех, которые убегают – в то время как SWIA сосредотачивается на ионах от солнечного ветра.
SWIA будет также работать в тесном сотрудничестве с Solar Wind Electron Analyzer (SWEA), который измерит электроны в солнечном ветре и как они затрагивают спасение частицы.«В конечном счете, все инструменты на дополнении ЗНАТОКА друг друга», сказал Хэлекас. «Полезный груз был очень тщательно разработан, чтобы сотрудничать».
Хотя SWIA будет работать непрерывно всюду по миссии, Хэлекас сказал, что ее самые полезные измерения прибудут из высот, больше, чем 190 миль на 305 км выше поверхности планеты, за пределами главной большой части атмосферы.Оборудованный полем зрения, которое покрывает приблизительно 70 процентов неба и сосредоточено на Солнце, SWIA будет в состоянии измерить все распределение ионов солнечного ветра.
Поскольку SWIA обеспечит ключевое понимание, как солнечный ветер ведет себя, ученый ЗНАТОКА Роберт Лиллис из SSL сказал, что инструмент будет очень важен в помощи, понимают, почему Марсу не потребовали, чтобы плотная атмосфера поддержала поддерживающие жизнь свойства как жидкая вода на ее поверхности, и делало ли это когда-нибудь.«История обитаемости и атмосферной потери на Марсе связана, и расшифровывать эту историю, которую мы должны понять, как ставки потери газа с Марса сегодня зависят от свойств солнечного ветра, ударяющего верхнюю атмосферу», сказал Лиллис. «SWIA будет одной из наших пар глаз на борту ЗНАТОКА, постоянно контролируя поток заряженных частиц от солнца, которое помогло сформировать образцы атмосферного побега из Марса более чем миллиарды лет».
Начиная с его развития Хэлекас сказал, что SWIA прошла много тестов и калибровок, чтобы гарантировать, что она работает правильно в космосе, Хэлекас ответственен за эти калибровки и сказал, что всегда есть неожиданные вещи, которые неожиданно возникнут, когда инструмент будет сначала включен в космосе.«Неважно, сколько тестирования мы выступаем заранее, и мы делаем колеблющуюся сумму, есть неизбежно вещи, которые мы просто не можем запланировать или моделировать в лаборатории», сказал Хэлекас. «Я ожидаю, что спустя первые несколько недель после того, как SWIA включен в полете и спустя первые несколько недель после того, как прибытие в Марс поэтому будет особенно увлекательно и оспаривание, поскольку мы изучаем, как лучше всего управлять инструментом в марсианской окружающей среде».Хэлекас сказал, что, неважно, с чем могли бы стоять неожиданные проблемы команда SWIA, он уверен, что инструмент выступит хорошо и ждет встречи с инструментом в действии, поскольку это помогает открыть тайны Красной планеты.
«Каждая стадия миссии была и продолжит быть, полезный опыт и новая и захватывающая проблема», сказал Хэлекас. «Я буду расти, чтобы поддержать ученых команды в их расследованиях всех наших наблюдений, с целью ответа на все большие картинные вопросы ЗНАТОКА, и больше».Научный руководитель ЗНАТОКА базируется в Лаборатории для Атмосферного и Физики космоса в Университете Колорадо, Валуна.
Университет обеспечил научные инструменты и ведет научные операции, а также образование и общественную поддержку, для миссии.