Первые открытия новейшего орбитального аппарата NASA начинают раскрывать ключевые аспекты постепенного улетучивания атмосферы Красной планеты в космос. Аппарат MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution), основной задачей которого является изучение реконструкции атмосферных процессов Марса, вошел в научную фазу 16 ноября.

Наблюдения выявили новый процесс, в ходе которого солнечный ветер может проникать глубоко в планетарную атмосферу. Космический аппарат измерил состав верхней атмосферы Марса и электрически заряженной ионосферы. Оказалось, что по мере того, как ионы наращивают энергию, они улетают из атмосферы.

«Мы начинаем видеть звенья одной цепи, которая начинается влиянием солнечных процессов на газ в верхних слоях атмосферы и приводит к потере атмосферы, — заявил Брюс Джакоски, главный исследователь MAVEN из Колорадского университета в Боулдере. — В течение всей миссии мы сможем заполнить эту картину и на самом деле понять процессы, в ходе которых атмосфера изменялась со временем».

В ходе каждого орбитального облета Марса, MAVEN погружается глубже в ионосферу — слой ионов и электронов, который проходит приблизительно на высоте от 120 до 480 километров над поверхностью. Этот слой служит своего рода щитом для планеты, отражая солнечный ветер, интенсивный поток горячих высокоэнергетических частиц, идущий от Солнца.

Ученые долго думали, что измерения солнечного ветра можно сделать только до того, как эти частицы ударяются о невидимый щит ионосферы. Однако детектор MAVEN Solar Wind Ion Analyzer обнаружил поток частиц солнечного ветра, который не отклоняется, а проникает глубоко в верхний слой атмосферы и ионосферы Марса.

Взаимодействия в верхних слоях атмосферы, по-видимому, преобразуют этот поток ионов в нейтральную форму, которая может проникать на удивительно значительную глубину. Глубже в ионосфере, поток, подобно иллюзионисту, снова переходит в форму ионов. Новое появление этих ионов, которые сохраняют характеристики оригинального солнечного ветра, позволяет отслеживать свойства солнечного ветра и позволяет напрямую связать потерю атмосферы с этой активностью в верхних слоях атмосферы и ионосферы.

Спектрометр нейтрального газа и ионной массы — еще один детектор MAVEN — изучает природу резервуара, из которого утекают газы, проводя всесторонний анализ состава верхней атмосферы и ионосферы. Эти исследования помогут ученым создать связи между нижним слоем атмосферы, который контролирует климат, с верхним слоем, где происходит утечка.

Этот инструмент измеряет разнообразие многих газов в ионной и нейтральной формах, выявляя четко определенные структуры в верхних слоях атмосферы и ионосферы; в отличие от этого, в нижних слоях атмосферы газы хорошо смешаны. Вариации в этих структурах, которые происходят со временем, позволят узнать много нового о физике и химии этой области и обеспечат ученых знанием «погоды» верхней атмосферы, которая до сих пор была изучена крайне плохо.

Новый взгляд на то, как газы покидают атмосферу, обеспечивает инструмент STATIC (Suprathermal and Thermal Ion Composition). Спустя несколько часов после включения на Марсе, STATIC обнаружил «полярный шлейф» ионов, покидающих Марс. Это измерение играет важную роль в определении скорости потери атмосферы.

По мере того как спутник погружается глубже в атмосферу, STATIC определяет холодную ионосферу в момент наибольшего сближения, а затем измеряет, как уменьшается тепло заряженного газа, пока MAVEN поднимается на высоту. Заряженные ионы в конечном счете покидают гравитационное поле планеты, вытягиваясь в шлейф.

MAVEN и его инструменты работают в штатном режиме, заложенном в основу аппарата в 2007 году, и готовятся выполнить основную научную миссию спутника. Команда MAVEN привела космический аппарат на Марс по расписанию, запустив его в тот же день в 2013 году, который был определен пятью годами ранее.

«Космический аппарат MAVEN и его инструменты работают в полном объеме и готовятся выполнить основную научную миссию, — заявил Джим Грин, директор отдела планетарной науки в штаб-квартире NASA. — Выдающаяся работа управляющей миссией команды обеспечила выполнение проекта согласно графику и в рамках бюджета».