На Марсе впервые зафиксирован эффект Цвана-Вольфа, сжимающий атмосферу

Орбитальный аппарат НАСА MAVEN зарегистрировал на Марсе редкий магнитный феномен, который ранее наблюдали только у Земли, Юпитера и Сатурна. Этот эффект, известный как механизм Цвана-Вольфа, приводит к сжатию верхних слоёв атмосферы Красной планеты.

В декабре 2023 года мощный корональный выброс массы достиг Марса, и спутник MAVEN, пролетая сквозь его последствия, зафиксировал необычные магнитные структуры. Учёные из Университета Западной Вирджинии и Лаборатории атмосферной и космической физики под руководством Кристофера Фаулера и Шеннона Карри проанализировали эти данные и пришли к неожиданному выводу.

В отличие от Земли, которая защищена собственным магнитным полем, Марс утратил глобальное динамо миллиарды лет назад. Вместо этого вокруг планеты существует индуцированная магнитосфера, создаваемая взаимодействием солнечного ветра с заряженными частицами в верхней атмосфере. Именно в этой области, на высоте около 185 километров, аппарат обнаружил пять резких скачков магнитного поля, усиливавших локальную напряжённость на 40%.

Эти структуры двигались вниз сквозь ионосферу со скоростью около 7200 км/ч, и каждый фронт сопровождался падением плотности плазмы на 30–40%, а также нагревом окружающих ионов на несколько сотен градусов. Такие признаки полностью соответствуют эффекту Цвана-Вольфа — механизму, при котором сжатые линии магнитного поля выталкивают заряженные частицы, разжижая плазму перед планетой.

Ранее этот эффект наблюдали только в магнитосферах крупных планет, далеко за пределами их атмосфер. Однако на Марсе он проявился непосредственно в ионосфере, что стало полной неожиданностью для исследователей. По словам Фаулера, команде просто повезло оказаться в нужное время в нужном месте с работающими приборами MAVEN.

Примечательно, что в спокойных условиях вызванное этим механизмом отклонение плазмы составляет всего полградуса, и детекторы MAVEN неспособны зафиксировать столь малые изменения. Декабрьская буря усилила эффект примерно в 40 раз, впервые подняв его выше порога чувствительности оборудования — именно поэтому за более чем десять лет работы аппарата этот феномен оставался незамеченным.

Эти наблюдения проливают свет на механизм потери марсианской атмосферы. Каждая погружающаяся волна переносит энергию глубоко в ионосферу, и, по оценкам учёных, достаточно всего пяти-шести таких импульсов, чтобы разогнать заряженный ион кислорода до второй космической скорости. Таким образом, сильные солнечные бури могут буквально выбивать фрагменты атмосферы в открытый космос.

Открытие имеет значение не только для Марса, но и для Венеры, Титана и комет, у которых также отсутствует глобальное магнитное поле. Теперь исследователи космической погоды получили ещё одну естественную лабораторию для изучения этого явления. К сожалению, НАСА потеряло связь с MAVEN в декабре 2025 года, и дальнейшее изучение низких слоёв атмосферы будет возможно только с помощью компьютерного моделирования.