Astronomija

Kako solarni vjetar uništava atmosferu planeta kojem nedostaje magnetsko polje?

Kako solarni vjetar uništava atmosferu planeta kojem nedostaje magnetsko polje?

Kaže se da je zato što Mars nema magnetsko polje njegova atmosfera nestala, ali kako to može uzrokovati solarni vjetar?

Mogu razumjeti da protoni i elektroni mogu mijenjati molekule u atmosferi, ali kako solarni vjetar može uzrokovati molekule da pobjegnu iz gravitacije?

Ili atmosfera nije pobjegla u svemir, već su molekule postale preteške, pa su postale čvrste i povučene na površinu planeta?


Ono što određuje koliko će dugo planet zadržati atmosferu jest snaga gravitacije planeta naspram slučajnog toplinskog gibanja molekula u njegovoj atmosferi.

Atmosfera je plin i svi plinovi imaju molekule koje se kreću brzinama koje ovise o temperaturi. Visokotemperaturni plinovi se kreću brže, a niskotemperaturniji. Svaka molekula plina imat će brzinu $ v _ { text {gas}, text {prosjek}} = sqrt { frac {3k_BT} {m _ { text {gas}}}} $.

Uz to, svaka pojedinačna molekula gravitacijom izvlači na Zemlju. Teži plinovi, poput vode, ugljičnog dioksida i kisika, povlače se više od lakših plinova, poput vodika i helija. Brzina bijega planeta daje $ v _ { text {escape}} = sqrt { frac {2GM _ { text {planet}}}} {R _ { text {planet}}}} $.

Ako molekula plina ima dovoljno visoku toplinsku energiju, ako je na vrhu atmosfere, mogla bi odletjeti u svemir, toplinsko kretanje prevladavajući gravitacijski povlačenje. Što je lakši, to mora imati manje toplinske energije. Naravno, sve to ovisi o vjerojatnosti i statistici, ali, općenito, ako $ v _ { text {gas}} ge0.2 puta v _ { text {escape}} $, ta vrsta plina smanjit će se na 1/2 svog početnog iznosa nakon 1 milijarde godina.

Solarni vjetar sastoji se od nabijenih čestica i fotona visoke energije koji su odbijeni magnetskim poljem planeta. Međutim, u slučaju planeta poput Marsa, bez magnetskog polja, čestice komuniciraju s atmosferom. Skloni su razdvajanju molekula, što rezultira lakšim plinovima (proces koji se naziva "fotodisocijacija"). Ti plinovi, budući da ih gravitacija slabije veže, slobodniji su odletjeti u svemir pod toplinskim gibanjem. Kako sve više i više plina napušta planet, atmosfera postaje sve rjeđa i rjeđa sve dok u konačnici ne ostanu samo teški plinovi. Osim toga, kada se molekula podijeli, energija koju joj daje udarca može biti dovoljna da je izbaci iz atmosfere (postupak koji se naziva "raspršivanje").

Planeti (i mjeseci) koji su bliže suncu podložni su intenzivnijem sunčevom zračenju, a imaju i više atmosferske temperature. Zbog toga udaljeni mjeseci, poput Titana, imaju gustu atmosferu ugljikovodika. Planeti u blizini sunca, poput Venere, mogu zadržati atmosferu iz različitih razloga. Prvo, Venerova atmosfera prvenstveno je ugljični dioksid, koji je puno teži od vodika i teže se cijepi fotodisocijacijom od vode. Planeti poput Zemlje također imaju hidrogeološke cikluse koji mogu reciklirati plin iz stijena i vode natrag u atmosferu.

Za više informacija o tome pročitajte članak Jeans Escape. Dobar set bilješki za početnike možete pronaći ovdje.


Barem u slučaju Marsa, solarni vjetar nosi magnetsko polje pored planeta. U atmosferi Marsa nalaze se ionizirane čestice stvorene interakcijom s UV svjetlošću, kozmičkim zrakama itd. Magnetsko polje u pokretu stvara električno polje koje ubrzava ione od planeta. Ovaj je učinak vrlo nedavno izmjerio svemirski brod MAVEN:

MAVEN je ispitivao kako se sunčev vjetar i ultraljubičasto svjetlo uklanjaju s vrha atmosfere planeta. Novi rezultati pokazuju da se gubitak doživljava u tri različita područja Crvenog planeta: niz "rep", gdje solarni vjetar teče iza Marsa, iznad Marsovskih polova u "polarnom perjanici" i iz proširenog oblaka plina koji okružuje Mars. Znanstveni tim utvrdio je da gotovo 75 posto iona koji istječu potječe iz repa, a gotovo 25 posto iz regije perjanice, uz samo mali doprinos proširenog oblaka.

Dominantan učinak mogu biti različita druga mjesta. Na primjer, Jupiterovi mjeseci moraju se nositi s dinamom generiranim iz Jovianovog magnetskog polja. A u slučaju poput Ioa, atmosfersko se uklanjanje ne događa tako brzo kao što se očekivalo jer očito svaki put kad Io ode iza Jupitera i izgubi sunčevu svjetlost, njegova se atmosfera kondenzira i padne na površinu!


Kako solarni vjetar uništava atmosferu planeta kojem nedostaje magnetsko polje? - Astronomija

Solarni vjetar i sunčevo zračenje XUV / EUV čine trajno forsiranje gornje atmosfere planeta u našem Sunčevom sustavu, utječući tako na nastanjivost i šanse za život na planetu. Prisiljavanje je u osnovi obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti do Sunca i stoga je najvažnije za najunutarnje planete našeg Sunčevog sustava - planete slične Zemlji. Učinak ova dva prisilna pojma je ioniziranje, zagrijavanje, kemijska preinaka i polako nagrizanje gornjih slojeva atmosfere tijekom života planeta. Što su bliže Suncu, to su ti procesi učinkovitiji. Atmosferska erozija nastaje zbog toplinskog i netermalnog bijega. Gravitacija je glavni zaštitni mehanizam za toplinsko isticanje, dok netermički izlazak uzrokovan ionizirajućim X-zrakama i EUV zračenjem te solarni vjetar zahtijevaju druga sredstva zaštite. Energija jonosferske plazme i prikupljanje iona predstavljaju dvije kategorije netermičkih procesa bijega koji mogu dovesti materiju do velikih brzina, daleko iznad brzine bijega. Te procese energizacije sada već desetljećima proučavaju brojni plazma instrumenti koji kruže oko Zemlje, Marsa i Venere. Rezultati mjerenja plazme stoga predstavljaju najkorisniju empirijsku bazu podataka za predmet o kojem se raspravlja. To ne znači da su energizacija jonosferske plazme i prikupljanje iona glavni procesi za atmosferski bijeg, ali ostaju procesi koji se najlakše mogu testirati na temelju empirijskih podataka. Zaštita gornje atmosfere planeta od sunčevih XUV, EUV i prisiljavanja sunčevog vjetra zahtijeva snažnu gravitaciju i jako unutarnje dipolno magnetsko polje. Na primjer, jako dipolno magnetsko polje Zemlje pruža "magnetski kišobran", koji brani sunčev vjetar na udaljenosti od 10 Zemljinih radijusa. Suprotno tome, nedostatak snažnog vlastitog magnetskog polja na Marsu i Veneri znači da sunčev vjetar ima izravniji pristup njihovoj atmosferi na vrhu, što je razlog što Mars i Venera, planeti kojima nedostaju snažna magnetska polja, imaju toliko manje vode od Zemlje ? Klimatološki i atmosferski proces gubitaka tijekom evolucijskih vremenskih razmjera planetarnih atmosfera mogu se razumjeti samo ako se uzme u obzir činjenica da se zračenje i okoliš plazme Sunca bitno promijenili s vremenom. Standardni zvjezdani evolucijski modeli pokazuju da je Sunce nakon svog dolaska u Glavni niz Zero-Age (ZAMS) prije 4,5 Gyr imalo ukupnu osvjetljenost ≈70% sadašnjeg Sunca. To je u prošlosti trebalo dovesti do puno hladnije Zemlje, dok geološki i fosilni dokazi ukazuju na suprotno. Uz to, promatranja različitih satelita i studije solarnih proksija (zvijezde slične Suncu različite dobi) ukazuju na to da se mlado Sunce okretalo više od 10 puta u odnosu na sadašnju brzinu i da je imalo odgovarajuće snažne emisije visokih energija koje pokreće dinamo što je rezultiralo jakim Rendgenske i ekstremne ultraljubičaste emisije (XUV), do nekoliko stotina puta jače od sadašnjeg Sunca. Nadalje, dokazi o znatno gušćem ranom sunčevom vjetru i stopi gubitka mase mladog Sunca mogu se odrediti iz sudara ioniziranih zvjezdanih vjetrova solarnih proksija s djelomično ioniziranim plinom u međuzvjezdanom mediju. Empirijske korelacije brzina gubitaka zvjezdane mase s vrijednostima površinskog toka rendgenskih zraka omogućuju procjenu protoka mase sunčevog vjetra u ranijim vremenima, kada je sunčani vjetar mogao biti više od 1000 puta masivniji. Glavni zaključci izvedeni na temelju Sunca u vremenu i vremenski ovisnog modela energizacije / bijega plazme su sljedeći:

Sunčevo prisiljavanje učinkovito uklanja uklanjanje hlapivih sastojaka, prije svega vode, s planeta,


Koji je najmanji planet / mjesec koji još uvijek ima prepoznatljivo magnetsko polje?

Samo želim dodati da postoje dvije vrste magnetskog polja. Vlastita magnetska polja i inducirana magnetska polja. Merkur, Zemlja, Jupiter, Saturn, Uran i Neptun imaju unutarnja polja. Obično je to zbog toga što imaju metalne jezgre. (Željezo za Zemlju i Živa i metalni vodik za divove.) Brzo se vrte (posebno Jupiter koji ima brzinu rotacije 10h !!) i jer je njihova jezgra divovski vodič, stvaraju magnetsko polje oko planeta. Venera i Mars imaju samo inducirano magnetsko polje. Ovo polje stvara solarni vjetar, koji je u biti puno nabijenih čestica koje lete vrlo velikom brzinom. Oni stvaraju magnetsko polje koje komunicira s planetima i stvara pramčani udar. (Pramčani udar u osnovi usporava sunčev vjetar na podzvučne brzine.) I kao što je drugi čovjek već rekao, živa je najmanji planet s unutarnjim poljem i ujedno ima najmanje unutarnje magnetsko polje. Jupiter je faaaaar najveće polje. MNOGO je redova veličine veći od ostalih. To je zbog veličine Jupitersa i njegove smiješno brze rotacije. (ozbiljno je 10h više nego dvostruko brže od Zemlje, dok je Jupiter također više od 20 puta veći od Zemlje. krajnje smiješno) I posljednji čimbenik koji čini njegovo magnetsko polje tako jakim je plazma koja dolazi s njegova mjeseca Io. Plazma prati magnetsko polje Jupitera i zapravo dodaje unutarnji tlak, slabeći učinak sunčevog vjetra.

Ovo jako magnetsko polje zapravo je veliki problem svemirskim letjelicama koje žele istražiti jupiter. Jako polje stvara izuzetno jake pojaseve zračenja oko Jupitera i njegovih mjeseci. Zračenje je toliko jako da će zapravo uništiti svaku svemirsku letjelicu koja ostane predugo i definitivno će ubiti svakog čovjeka koji bi ušao u pojaseve zračenja. Nažalost, Europa je izravno unutar tih pojaseva, tako da će istraživanje njezinog leda i (vjerojatnog) podleđenog oceana biti vrlo teško.


Dinamički dinamo

Kratka definicija dinara je sljedeća: to je stvar koja stvara magnetska polja. Duga definicija je prilično duga. Napokon, ovo je aktivno područje znanstvenog istraživanja. Slijedi pokušaj njegovog hvatanja.

Ispostavilo se da je prirodi prilično lako napraviti magnetni dinamo, a postoji mnogo različitih vrsta. Za tip koji čini Zemljino polje sve što trebate su:

  1. Velika količina dirigentskog materijala.
  2. Zakretanje koje je brže blizu sredine nego na rubovima.
  3. Neki izvor uznemirenosti.

Prilično sam siguran da biste sve to mogli dogovoriti u lokalnoj željezariji. Ako ne možete, onda ni ne pokušavate.

Dakle, evo priče, barem onako kako se smatra da se odnosi na Zemlju. Jezgra je stvarno metal: željezo, nikal - radovi. Metali provode struju. Ček.

Zemlja se također vrti. Možda ste primijetili. Ali budući da je čvrsta unutarnja jezgra okružena tekućom vanjskom jezgrom, a plašt nije sasvim čvrst, unutarnji se bitovi okreću brže od vanjskih bitova. Ček.

Konačno, srž našeg planeta je jako, jako vruća. Izvana je ... manje. Poput vrele posude vode iznutra prema van, ova razlika u toplini stvara konvekcijske struje. Izrađena od tekućeg metala. Gledaj, samo idi s tim. A zbog Coriolisove sile, rotacija Zemlje uvija struje konvekcije, poput uragana magme. Kao što rekoh, samo idi s tim. Uragani su prilično uznemirujući: zadnja kvačica je na mjestu. Unutrašnjost našeg planeta ima sve sastojke da stvori magnetski dinamo.

Vodljivi metali u jezgri kreću se, stvarajući slabo magnetsko polje. Zbog konvekcije i uvijanja, to se polje presavija i presavija te ojačava i ojačava, poput udvostručavanja slabe gumene trake da bi je ojačalo. Ovo promjenjivo magnetsko polje utječe na gibanje provodnog materijala, što na kraju čini još veće magnetsko polje. (Saznajte više o Zemljinom dinamu u ovom videozapisu.)

Zemljina jezgra se jednostavno previše zabavlja - ne može a da ne izbaci magnetska polja.

Ne samo da dinamo stvaraju magnetska polja, već ih i održavaju. Sve dok ostaje izvor energije, polje sila ostaje gore. Tako je Zemlja uspjela zadržati svoj zaštitni štit milijardama godina. Ali koji je izvor te energije?


Navika za nastanjivost: pretjerano sličnost Zemlji

Sekularisti polažu previše nade na neke aspekte egzoplaneta sličnih Zemlji, ali ponekad stvarnost kontrolira njihovu maštu.

Greška Titanica: Jedan od najekstremnijih slučajeva astrobiološke ludosti u posljednjem sjećanju je javno predstavljanje Titana kao naseljenijeg mjesta za ljude od Marsa. Space.com i Fox News Science, potpuno svjesni da se & # 8217s -290 ° F na površini ovog velikog mjeseca Saturna, pridružili su ovoj fešti mašte, namamljene mišlju o slobodnoj energiji. Cassinijeva znanstvenica Amanda Hendrix i koautor Yuk Yang gledaju na svu slobodnu energiju nafte i vjetra tamo dolje, kao da je to sve što je važno. Nema hrane, kisika i milijardu kilometara svemirskih putovanja mala su pitanja za ove špekulante koji nikada neće morati odgovarati za svoje ideje, jer će ih već odavno nestati kad ljudi preskoče tehnološke prepreke da bi čak i stigli, a kamoli moći sletjeti, a da se trenutno ne smrzne. Osim tih izazova, budućim naseljenicima bilo je bolje da ne donose i ne proizvode kisik, jer će u suprotnom sa svim ugljikovodicima koji su prisutni u atmosferi naselje naglo proći prvi put kad netko zapali šibicu.

Umjetničko djelo za jedan od Cassinijevih & # 8217s 127 susreta s Titanom

Ovakve pogreške proizlaze iz fokusiranja na jedan aspekt nastanjivosti, isključujući druge. Titan kruži unutar Saturnove magnetosfere 95% vremena, gdje je izložen visokoenergetskim nabijenim česticama. U nedostatku vlastitog magnetskog polja, ostalih je 5% vremena izložen smrtonosnom sunčevom vjetru. Nadalje, atmosfera Titan-a otrovana je acetilenom, benzenom i drugim toksinima. Ima smog, zastirući svaki pogled na zvijezde s površine. I tako je smrtonosna hladnoća, svaki oblik života koji se ne bi neprestano zagrijavao umro bi trenutno. Led na Titanu je toliko hladan, dapače, ponaša se poput čvrste stijene. Jedina mjesta za rekreaciju brodom su jezera s tekućim metanom i etanom. Titan ne izgleda kao zabavno mjesto za odlazak ljudi, čak i sa svim onim besplatnim uljem. Povremena nagađanja o mikrobima na Titanu čine se vrlo nerealnima. Ako evolucionisti ne mogu shvatiti kako su mikrobi nastali na idealnom planetu poput Zemlje, kako mogu zamisliti da se to događa u svijetu u kojem je sva voda zatvorena u ledu?

Ukidanje TRAPPIST-a: Prije nekoliko tjedana novinski su mediji pretvorili zvijezdu TRAPPIST-1 kao mjesto za traženje života. Njegovih sedam planeta, tri u & # 8216naseljivoj zoni & # 8217 gdje bi mogla postojati tekuća voda, uzbuđivali su maštu astrobiologa koji su svoje snove nadali prenijeli u tisak. Sad postoje loše vijesti. Mike Wall izvještava na Space.com, & # 8220Potencijali poput planeta sličnih Zemlji u sustavu TRAPPIST-1, možda ipak nisu toliko pogodni za život, izvještavaju dvije nove studije. & # 8221 Napad baklja i ispada matične zvijezde vjerojatno uništio atmosferu svih ovih planeta, ako ih imaju ili su ih imali. Astronom s Harvarda Avi Loeb sa šaljivim podcjenjivanjem kaže: & # 8220Ovo bi naštetilo šansi da se život stvori ili ustraje. & # 8221 Blagoslovi koje uživamo na Zemlji ističu se u ovom odlomku:

Ali postaje još gore. Budući da je sustav TRAPPIST-1 tako čvrsto zbijen, magnetsko polje zvijezde vjerojatno se povezalo s onim planeta, omogućujući česticama zvjezdanih vjetrova da teku izravno u svjetove & # 8217 atmosfere, otkrili su istraživači. To je vjerojatno uzrokovalo atmosfersku degradaciju i svjetovi su možda čak i potpuno izgubili zrak.

Magnetsko polje Zemlje djeluje poput štita protiv potencijalno štetnih učinaka sunčevog vjetra, & # 8221 voditeljica studije Cecilia Garraffo iz CfA-e rekla je u istoj izjavi. & # 8220Da je Zemlja mnogo bliža suncu i izložena napadu čestica poput zvijezde TRAPPIST-1, naš planetarni štit prilično brzo bi propao. & # 8221

Vrsta zvijezde bitna je za nastanjivost, naglašava Phys.org. Proučivši razarajuću moć crvenih patuljastih zvijezda, poznatih po svom blještavom ponašanju, jedan je koautor upozorio, & # 8220da naš rad i rad naših kolega pokazuju da bismo trebali ciljati i na što više zvijezda koje su sličnije Suncu. & # 8221

Galerija streljaka: Rad u PLoS Jedan ispituje biološke učinke izloženosti svemiru izvan Zemljinog zaštitnog štita. Počinje, & # 8220Tijekom međuplanetarnih letova u bliskoj će budućnosti ljudski organizam biti izložen produljena razdoblja hipomagnetskog polja koje je 10.000 puta slabije od zemaljskog.& # 8221 Autore prvenstveno zanima izvor magnetskog osjeta kod ljudi i životinja, ali priznaju da bi & # 8220Nespecifična magnetorecepcija mogla biti od temeljne važnosti u smislu zdravstveni rizici uzrokovano kroničnom izloženošću EM-u ljudima i biosferi. & # 8221

To bi naštetilo šansi da se život stvori ili ustraje.

Nema obožavatelja za popularne zvijezde: Drugi članak na Phys.org pokazuje da & # 8220hladne zvijezde koje favoriziraju lovci na egzoplanete & # 8221 vjerojatno neće biti nastanjive, iako obilnije od zvijezda solarnog tipa. Budući da bi naseljiva zona egzoplaneta bila bliže hladnoj zvijezdi, bila bi izložena izbacivanju koronalne mase (CME) iz bližeg dometa. Znanstvenici NASA-e Goddard procijenili su jednu takvu zvijezdu (V374 Pegasi) i razmišljali o uvjetima na planetu u naseljivoj zoni, čak i ako planet ima magnetski štit:

Kad CME utječe na planet, on komprimira magnetosferu planeta, a zaštitni magnetski zaštitni mjehurić planeta. Ekstremni CME-ovi može izvršiti dovoljan pritisak da magnetosferu toliko smanji da izlaže atmosferu planeta, što onda može biti pometena s planeta. To bi pak moglo napustiti površinu planeta i sve potencijalne oblike života koji se razvijaju izloženi štetnim X-zrakama s obližnje zvijezde domaćina & # 8230.

Iako su ove hladne zvijezde možda najobilnije, i čini se da nude najbolje izglede za pronalazak života negdje drugdje, mi to nalazimo mogu biti puno opasniji za život okolo zbog njihovih CME-a - rekao je Marc Kornbleuth, diplomirani student uključen u projekt.

Rezultati sugeriraju da egzoplanet trebat će magnetsko polje deset do nekoliko tisuća puta veće od Zemljinog da zaštiti svoju atmosferu iz cool zvijezde & # 8217s CME. Onoliko koliko i pet udara dnevno može se dogoditi za planete u blizini ACS-a [Astrospherical Current Sheet], ali brzina se smanjuje na jedan svaki drugi dan za planete s nagnutom orbitom.

Zakon masovnog djelovanja: Što bi bilo da je Zemlja 50% veća? Live Science kaže da bi to onemogućilo naš svemirski program. Već je potrebno 80-90% mase rakete samo da bi pogonsko gorivo ljude lansiralo u svemir. U nekom trenutku, dok masa planeta raste, doseže točku opadajućeg prinosa, čineći bijeg nemogućim. Astronaut Donald Pettit koristio je jednadžbu rakete Tsiolkovsky da bi shvatio tu granicu. Da je zemlja masivnija za 50%, kaže, putovanje u svemir s trenutnom raketnom tehnologijom bilo bi nemoguće. Nije shvatio kakve će učinke veća masa imati na život, uključujući i ljudski život, koji će prema tome biti odmjeren prekomjernom gravitacijom. Ako se sada osjećate tromo, razmislite o nošenju te dodatne težine! To bi prigušilo Olimpijske igre.

Dobre vijesti, loše vijesti: Dvoje ljudi, Batista i Sloan, radili su na Sveučilištu u Oxfordu. Na Razgovor, kažu, & # 8220Radili smo što bi bilo potrebno da se zatre sav život na planetu - i to je dobra vijest za vanzemaljske lovce.& # 8221 Dobra vijest je da bi tardigrade (sićušne, ali izdržljive životinje) vjerojatno preživjele događaje na razini izumiranja, poput udara asteroida, supernova i rafala gama zraka. Loša vijest je da ljudi i živa bića vjerojatno ne bi. Dakle, ukoliko se ne vjeruje da su tardigrade sposobne za radio astronomiju, SETI ne bi trebao ciljati teleskope na egzoplanete koji su nedavno pogođeni. Postoji i lekcija za nastanjivost: planeti koji su podvrgnuti čestim bombardiranjima takvim strahovima vjerojatno se ne bi trebali smatrati nastanjivima, čak i ako su prisutni svi drugi čimbenici.

Što je priroda? Proizvod dizajna ili šanse? Foto David Coppedge

Imate li dojam da bi Zemlja mogla biti tako jedinstvena, tako posebna da bi mogla biti dizajnirana? (vidi 10.7.17.). Zašto to nije znanstveni zaključak? Moramo li sva zapažanja natjerati u materijalistički, besciljni svjetonazor? Naš znanstvenik mjeseca nije tako mislio.


Planetarna magnetska polja i sunčevo prisiljavanje: implikacije na atmosfersku evoluciju

Solarni vjetar i sunčevo zračenje XUV / EUV čine trajno forsiranje gornje atmosfere planeta u našem Sunčevom sustavu, utječući tako na nastanjivost i šanse za život na planetu. Prisiljavanje je u osnovi obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti do Sunca i stoga je najvažnije za najunutarnje planete našeg Sunčevog sustava - planete slične Zemlji. Učinak ova dva prisilna pojma je ioniziranje, zagrijavanje, kemijska preinaka i polako nagrizanje gornjih slojeva atmosfere tijekom života planeta. Što su bliže Suncu, to su ti procesi učinkovitiji. Atmosferska erozija nastaje zbog toplinskog i netermalnog bijega. Gravitacija je glavni zaštitni mehanizam za toplinsko isticanje, dok netermički izlazak uzrokovan ionizirajućim X-zrakama i EUV zračenjem te solarni vjetar zahtijevaju druga sredstva zaštite. Energija jonosferske plazme i prikupljanje iona predstavljaju dvije kategorije netermičkih procesa bijega koji mogu dovesti materiju do velikih brzina, daleko iznad brzine bijega. Te procese energizacije sada već desetljećima proučavaju brojni plazma instrumenti koji kruže oko Zemlje, Marsa i Venere. Rezultati mjerenja plazme stoga predstavljaju najkorisniju empirijsku bazu podataka za predmet o kojem se raspravlja. To ne znači da su energizacija jonosferske plazme i prikupljanje iona glavni procesi za atmosferski bijeg, ali ostaju procesi koji se najlakše mogu testirati na temelju empirijskih podataka.

Zaštita gornje atmosfere planeta od sunčevih XUV, EUV i prisiljavanja sunčevog vjetra zahtijeva snažnu gravitaciju i jako unutarnje dipolno magnetsko polje. Na primjer, jako dipolno magnetsko polje Zemlje pruža "magnetski kišobran", koji brani sunčev vjetar na udaljenosti od 10 Zemljinih radijusa. Suprotno tome, nedostatak snažnog vlastitog magnetskog polja na Marsu i Veneri znači da sunčev vjetar ima izravniji pristup njihovoj atmosferi na vrhu, što je razlog što Mars i Venera, planeti kojima nedostaju snažna magnetska polja, imaju toliko manje vode od Zemlje ?

Klimatološki i atmosferski proces gubitaka tijekom evolucijskih vremenskih razmjera planetarnih atmosfera mogu se razumjeti samo ako se uzme u obzir činjenica da se zračenje i okoliš plazme Sunca bitno promijenili s vremenom. Standardni zvjezdani evolucijski modeli pokazuju da je Sunce nakon svog dolaska u Glavni niz Zero-Age (ZAMS) prije 4,5 Gyr imalo ukupnu osvjetljenost ≈70% sadašnjeg Sunca. To je u prošlosti trebalo dovesti do puno hladnije Zemlje, dok geološki i fosilni dokazi ukazuju na suprotno. Uz to, promatranja različitih satelita i studije solarnih proksija (zvijezde slične Suncu različite dobi) ukazuju na to da se mlado Sunce okretalo više od 10 puta u odnosu na sadašnju brzinu i da je imalo odgovarajuće snažne emisije visokih energija koje pokreće dinamo što je rezultiralo Rendgenske i ekstremne ultraljubičaste emisije (XUV), do nekoliko stotina puta jače od sadašnjeg Sunca. Nadalje, dokazi o znatno gušćem ranom sunčevom vjetru i stopi gubitka mase mladog Sunca mogu se odrediti iz sudara ioniziranih zvjezdanih vjetrova solarnih proksija s djelomično ioniziranim plinom u međuzvjezdanom mediju. Empirijske korelacije brzina gubitaka zvjezdane mase s vrijednostima površinskog toka rendgenskih zraka omogućuju procjenu protoka mase sunčevog vjetra u ranijim vremenima, kada je sunčani vjetar mogao biti više od 1000 puta masivniji.

Glavni zaključci izvedeni na temelju Sunca u vremenu i vremenski ovisnog modela energizacije / bijega plazme su sljedeći:

Sunčevo prisiljavanje učinkovito uklanja uklanjanje hlapivih sastojaka, prije svega vode, s planeta,

planeti koji kruže u blizini ranog Sunca bili su izloženi velikom gubitku vode, a učinak je bio najdublji za Veneru i Mars, i

postojano planetarno magnetsko polje, poput Zemljinog dipolnog polja, pruža štit od sunčevog vjetra.


Magnetsko polje Zemlje moglo bi se okrenuti naopako

Atmosphere Atmosferu zemlje & # 8217s mogli bi oduševiti žestoki solarni vjetrovi kao što je bio Mars & # 8217s
Visokotehnološka oprema sugerira da bi se magnetski polovi Zemlje možda mogli okrenuti
―Proces bi trajao tisuću godina, ali oslabio bi naš magnetski štit

Ovo zvuči kao radnja filma katastrofe: nevidljivo magnetsko polje sile koje brani život na Zemlji od ubojitih zraka iz svemira pokvari se. Eksplozije zračenja uništavaju naše satelitske komunikacije i dovode do pada svjetske opskrbe električnom energijom.

Vlada kaos. Slučajevi ljudskog karcinoma množe se dok neoklopljeno sunčevo zračenje uništava DNK ljudi. Milijarde bića širom svijeta umiru jer njihova sposobnost migracije postaje smrtno zbunjena promjenama u magnetskom polju našeg planeta.
U konačnici bi i sama Zemljina atmosfera mogla biti oduševljena žestokim sunčevim vjetrovima, kao što se to davno dogodilo našoj sestrinskoj planeti Mars kad se njezino magnetsko polje raspršilo.

Dokazi sa drevnih stijena ukazuju da se taj preokret u magnetskom polju svijeta dogodio stotinama puta u dugoj povijesti našeg planeta

Ali držite kokice. Ovo nije znanstveno-fantastični film. Vodeći znanstvenici upozoravaju da bi se to moglo stvarno dogoditi, zbog neposredne revolucije u srži Zemlje.

Visokotehnološka oprema za praćenje pokazuje višestruke znakove da će se Zemljini magnetski polovi okrenuti, zahvaljujući promjenama u vrtloženoj željeznoj jezgri u srcu našeg planeta.

Ako se to dogodi, Zemljino magnetsko polje doslovno će se okrenuti naopako.

Tijekom tisuću godina potrebnih da se ova promjena dovrši, naš vitalni zaštitni magnetski štit postat će znatno slabiji - s potencijalno katastrofalnim posljedicama.

Znanstvenici predviđaju da bi mogao uvenuti i do desetine svoje uobičajene sile, radikalno umanjujući Zemljinu obranu od zračenja i struja nabijenih energetskih čestica zvanih solarni vjetar.

Dokazi s drevnih stijena ukazuju da se taj preokret u magnetskom polju svijeta dogodio stotinama puta u dugoj povijesti našeg planeta. Ispod Zemljine čvrste kore nalazi se valjani sloj tekućeg željeza koji se zadržava rastaljen toplinom koja izlazi iz jezgre planeta. Uskovitlane struje ove mase metala djeluju kao gigantski elektromagnet.

To stvara polje sile koje se širi na desetke tisuća kilometara u svemir i djeluje kao energetski štit od opako snažnog sunčevog zračenja. Sav život na Zemlji ovisi o ovom štitu. Bez nje bi sunčeve zrake jednostavno rastrgale krhku DNA koja stvara životinje i biljke.

Te struje tekućeg željeza ispod naših nogu nisu stabilne.

Tijekom tisućljeća elektromagnetsko polje koje oni stvaraju može se potpuno preokrenuti.

Vjeruje se da postupak traje nekoliko stoljeća - doba u ljudskom smislu, ali treptaj oka u kozmičkom vremenu.

Dokazi ukazuju da je sljedeći preokret već u tijeku. Zemljin magnetski štit trenutno slabi deset puta brže nego što se prije mislilo, na 5 posto u desetljeću, prema satelitskim podacima prikupljenim od Europske svemirske agencije (ESA).

Magnetsko polje posebno slabi nad Južnom Amerikom, područjem koje znanstvenici nazivaju južnoatlantskom anomalijom. Sateliti koji lete iznad ovog područja već su imali svoje omamljene krugove zbog lokaliziranih skokova zračenja.

Podaci praćenja ESA-e također su otkrili 'nemirnu aktivnost' u strujama tekućeg željeza ispod Zemljine površine, što sugerira da bi se polje moglo okrenuti.

ESA animacija prikazuje Zemljino magnetsko polje u visokoj razlučivosti

Znanstvenici kao što je Daniel Baker, direktor Laboratorija za atmosfersku i svemirsku fiziku sa Sveučilišta Colorado u Boulderu, upozoravaju da, ako su znakovi preokreta točni, područja na planetu mogu postati 'nenaseljiva'.

To nije najmanje važno jer će Zemljino oslabljeno magnetsko polje omogućiti snažnim udarima magnetskog zračenja da izbace električne mreže za opskrbu širom svijeta i prže komunikacijske satelite koji se danas koriste za njihovo reguliranje. Prije tri godine Zemlja je doživjela šokantni mini-pregled vrste oštećenja koja bi se mogla dogoditi ako Zemljin štit, nazvan magnetosfera, nastavi slabiti.

Kad se to dogodilo, malo je izvan znanstvene zajednice shvatilo njegov uvoz. U 2015. godini masivna dvosatna ‘super oluja’ galaktičkih kozmičkih zraka - uzrokovana ogromnom sunčevom bljeskom našeg sunca - natjerala je na privremene pukotine u magnetosferi.

Neizmjerno visokoenergetsko zračenje, koje puca kroz svemir gotovo brzinom svjetlosti, izazvalo je jaku geomagnetsku oluju u našoj atmosferi koja je zatamnila radio signale u dijelovima Sjeverne i Južne Amerike koji su najbliži polovima.

Godinu dana kasnije, studija satelitskih podataka znanstvenika s Instituta za temeljna istraživanja Tata u Indiji otkrila je da je rafal kozmičkih zraka odgurnuo Zemljin magnetski štit.

Štit se smanjio sa svoje normalne veličine od 11 puta radijusa Zemlje na samo četiri puta. Solarna eksplozija također je privremeno cijenila otvorena slaba mjesta, dopuštajući razorno zračenje.

'To ukazuje na prolazno slabljenje Zemljinog magnetskog štita', upozorili su znanstvenici u mjerodavnom časopisu Physical Review Letters. 'Buduće super oluje mogle bi osakatiti modernu tehnološku infrastrukturu na Zemlji i ugroziti živote astronauta u svemiru.'

Povijesno gledano, Zemljin sjeverni i južni magnetski pol okretali su se svakih 200 000 ili 300 000 godina.

Sljedeći preokret je zakasnio - jer magnetski otisci prstiju u drevnim vulkanskim stijenama otkrivaju da je zadnji bio prije nekih 780 000 godina.

Tada su naši rijetko raspršeni preci tek učili paliti vatru. The fossil record does not tell us how their lives were affected, but they survived. But the next magnetic shift will confront civilisation with a wholly new challenge. For nowadays the Earth’s teeming human population depends on a vast technological web of infrastructure to ensure its daily survival.

But none of the systems that ensure our life-giving supplies of power and water has been built to withstand being blasted by cosmic rays.

The delicate fabric of our global civilisation could be torn asunder by the onslaught, leaving us without phones, computers, transport, heating or food.

The danger has been highlighted by Alanna Mitchell, author of a new book The Spinning Magnet: The Electromagnetic Force That Created The Modern World And Could Destroy It.

Mitchell warns: ‘The consequences for the electrical and electronic infrastructure that runs modern civilisation will be dire.’
She explains: ‘The satellite timing systems that govern electric grids would be likely to fail.

Ultimately, Earth’s atmosphere itself could be blown away by fierce solar winds, as happened long ago to our sister planet Mars (pictured) when its magnetic field dissipated

‘The grid’s transformers could be torched. Because grids are so tightly coupled with each other, failure would race across the globe, causing a domino run of blackouts that could last for decades.’

Richard Holme, the professor of earth, ocean and ecological sciences at Liverpool University, has concerns similar to Mitchell’s: ‘This is a serious business,’ he told the Mail. ‘Imagine for a moment your electrical power supply was knocked out for a few months — very little works without electricity these days.’

The survivors of such a global catastrophe would face another peril as they foraged among civilisation’s wreckage for food, warmth and water. Radiation levels could soar as though there had been a nuclear catastrophe.

Some estimates suggest that during the polar flip, our overall exposure to cosmic radiation would double. As a result, researchers predict that 100,000 people could die every year from diseases such as cancer.

Experts are divided as to whether we really will face such catastrophe, however. Officials at NASA say that while the magnetic shield may well weaken, they predict the resulting increase in solar radiation on Earth would only be ‘small — but nothing deadly’.

The agency adds: ‘Moreover, even with a weakened magnetic field, Earth’s thick atmosphere also offers protection against the sun’s incoming particles.’

Professor Holme also thinks that any radiation rises will be relatively slight — ‘much less than lying on the beach in Florida for a day. So, if it happened, the protection method would probably be to wear a big floppy hat’.


How Magnetic Tornadoes Might Regenerate Mercury’s Atmosphere

Compared to Earth, Mercury doesn’t have much of an atmosphere. The smallest rocky planet has weak surface gravity, only 38% that of Earth. And the scorching-hot daytime surface temperatures of 800 degrees Fahrenheit (approximately 450 degrees Celsius) should have boiled away any trace of Mercury’s atmosphere long ago. Yet recent flybys of the MESSENGER spacecraft clearly revealed Mercury somehow retains a thin layer of gas near its surface. Where does this atmosphere come from?

“Mercury’s atmosphere is so thin, it would have vanished long ago unless something was replenishing it,” says Dr. James A. Slavin of NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md., a co-investigator on NASA’s MESSENGER mission to Mercury.

The solar wind may well be the culprit. A thin gas of electrically charged particles called a plasma, the solar wind blows constantly from the surface of the sun at some 250 to 370 miles per second (about 400 to 600 kilometers/second). According to Slavin, that’s fast enough to blast off the surface of Mercury through a process called “sputtering”, according to Slavin. Some sputtered atoms stay close enough to the surface to serve as a tenuous yet measurable atmosphere.

But there’s a catch – Mercury’s magnetic field gets in the way. MESSENGER’s first flyby on January 14, 2008, confirmed that the planet has a global magnetic field, as first discovered by the Mariner 10 spacecraft during its flybys of the planet in 1974 and 1975. Just as on Earth, the magnetic field should deflect charged particles away from the planet’s surface. However, global magnetic fields are leaky shields and, under the right conditions, they are known to develop holes through which the solar wind can hit the surface.

During its second flyby of the planet on October 6, 2008, MESSENGER discovered that Mercury’s magnetic field can be extremely leaky indeed. The spacecraft encountered magnetic “tornadoes” – twisted bundles of magnetic fields connecting the planetary magnetic field to interplanetary space – that were up to 500 miles wide or a third of the radius of the planet.

“These ‘tornadoes’ form when magnetic fields carried by the solar wind connect to Mercury’s magnetic field,” said Slavin. “As the solar wind blows past Mercury’s field, these joined magnetic fields are carried with it and twist up into vortex-like structures. These twisted magnetic flux tubes, technically known as flux transfer events, form open windows in the planet’s magnetic shield through which the solar wind may enter and directly impact Mercury’s surface.”

Venus, Earth, and even Mars have thick atmospheres compared to Mercury, so the solar wind never makes it to the surface of these planets, even if there is no global magnetic field in the way, as is the case for Venus and Mars. Instead, it hits the upper atmosphere of these worlds, where it has the opposite effect to that on Mercury, gradually stripping away atmospheric gas as it blows by.

The process of linking interplanetary and planetary magnetic fields, called magnetic reconnection, is common throughout the cosmos. It occurs in Earth’s magnetic field, where it generates magnetic tornadoes as well. However, the MESSENGER observations show the reconnection rate is ten times higher at Mercury.

“Mercury’s proximity to the sun only accounts for about a third of the reconnection rate we see,” said Slavin. “It will be exciting to see what’s special about Mercury to explain the rest. We’ll get more clues from MESSENGER’s third flyby on September 29, 2009, and when we get into orbit in March 2011.”

Slavin’s MESSENGER research was funded by NASA and is the subject of a paper that appeared in the journal Science on May 1, 2009.

MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) is a NASA-sponsored scientific investigation of the planet Mercury and the first space mission designed to orbit the planet closest to the Sun. The MESSENGER spacecraft launched on August 3, 2004, and after flybys of Earth, Venus, and Mercury will start a yearlong study of its target planet in March 2011. Dr. Sean C. Solomon, of the Carnegie Institution of Washington, leads the mission as Principal Investigator. The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, Md., built and operates the MESSENGER spacecraft and manages this Discovery-class mission for NASA.


The true power of the solar wind

The planets and moons of our solar system are continuously being bombarded by particles hurled away from the sun. On Earth this has hardly any effect, apart from the fascinating northern lights, because the dense atmosphere and the magnetic field of the Earth protect us from these solar wind particles. But on the Moon or on Mercury things are different: There, the uppermost layer of rock is gradually eroded by the impact of sun particles.

New results of the TU Wien now show that previous models of this process are incomplete. The effects of solar wind bombardment are in some cases much more drastic than previously thought. These findings are important for the ESA mission BepiColombo, Europe's first Mercury mission. The results have now been published in the planetology journal Icarus.

An Exosphere of Shattered Rock

"The solar wind consists of charged particles -- mainly hydrogen and helium ions, but heavier atoms up to iron also play a role," explains Prof. Friedrich Aumayr from the Institute of Applied Physics at TU Wien. These particles hit the surface rocks at a speed of 400 to 800 km per second and the impact can eject numerous other atoms. These particles can rise high before they fall back to the surface, creating an "exosphere" around the Moon or Mercury -- an extremely thin atmosphere of atoms sputtered from the surface rocks by solar wind bombardment.

This exosphere is of great interest for space research because its composition allows scientists to deduce the chemical composition of the rock surface -- and it is much easier to analyse the exosphere than to land a spacecraft on the surface. In October 2018, ESA will send the BepiColombo probe to Mercury, which is to obtain information about the geological and chemical properties of Mercury from the composition of the exosphere.

Charge matters

However, this requires a precise understanding of the effects of the solar wind on the rock surfaces, and this is precisely where decisive gaps in knowledge still exist. Therefore, the TU Wien investigated the effect of ion bombardment on wollastonite, a typical moon rock. "Up to now it was assumed that the kinetic energy of the fast particles is primarily responsible for atomization of the rock surface," says Paul Szabo, PhD student in Friedrich Aumayr's team and first author of the current publication. "But this is only half the truth: we were able to show that the high electrical charge of the particles plays a decisive role. It is the reason that the particles on the surface can do much more damage than previously thought."

When the particles of the solar wind are multiply charged, i.e. when they lack several electrons, they carry a large amount of energy which is released in a flash on impact. "If this is not taken into account, the effects of the solar wind on various rocks are misjudged," says Paul Szabo. Therefore, it is not possible to draw exact conclusions about the surface rocks with an incorrect model from the composition of the exosphere.

Protons make up by far the largest part of the solar wind, and so it was previously thought that they had the strongest influence on the rock. But as it turns out, helium actually plays the main role because, unlike protons, it can be charged twice as positively. And the contribution of heavier ions with an even greater electrical charge must not be neglected either. A cooperation of different research groups was necessary for these findings: High-precision measurements were carried out with a specifically developed microbalance at the Institute of Applied Physics. At the Vienna Scientific Cluster VSC-3 complex computer simulations with codes developed for nuclear fusion research were carried out in order to be able to interpret the results correctly. The Analytical Instrumentation Center and the Institute for Chemical Technologies and Analytics of the TU Vienna also made important contributions.


If Earth was like Mars

Apparently, one of the things that Venus doesn't have that we do, is plate tectonics. Without plate tectonics there is no carbon cycle to take the carbon from the atmosphere and lock it back into rock, which then eventually gets recycled into the mantle. The Venusian atmosphere is in the order of 95% carbon dioxide (compared to .5% for us) which has a nasty habit of preventing heat from escaping the surface. So all the light energy that gets in stays in, and all the heat vented from below stays in also.
Using the info from here: http://www.astronomycast.com/2007/08/episode-50-venus/ , I think Venus' situation played out something like this, in the early formation of the planet it got clobbered by a big object which massively altered its rotation. The day length increased to over a year, and with such a long sun exposure time, vast quantities of H2O were evaporated from the surface. This caused the first part 'Global warming' due to the large quantities of water vapor acting as a green house gas. As the global temperature rose, more and more of the surface water evaporated to the point where all the liquid water was baked out of the surface. In the atmosphere, uv light breaks down the water vapor to H2 and O. The H2 is light enough to escape the planet altogether and the O probably combined with Carbon (not sure of the process). Without surface water, plate tectonics would literally grind to a halt stopping the carbon cycle and the removal of the carbon from the atmosphere. With that carbon allowed to stay in the atmosphere, the Green house went crazy.

The Earth being the mass that it is, would hold onto more of its atmosphere compared to Mars if our magnetosphere went away. The composition would be very different though.


Gledaj video: Éruption solaire et risque dapocalypse électrique.. - AstroStylé #07 - String Theory (Rujan 2021).