מדידות מתואמות של MAVEN וטיאנוון־1 מספקות ראיות ישירות לכך שגלי קלווין–הלמהולץ יוצרים ענני פלזמה הנושאים יונים ממאדים לחלל. הבריחה המוגברת מתרכזת בצד אחד של כוכב הלכת, בהתאם לכיוון השדה החשמלי של רוח השמש
תצפיות משתי חלליות המקיפות את מאדים חושפות מנגנון אפשרי נוסף שבאמצעותו רוח השמש שוחקת את האטמוספרה של כוכב הלכת. לפי המחקר, גלי פלזמה גדולים הנוצרים בגבול האטמוספרה העליונה מסוגלים ליצור עננים שבהם שטף היונים הבורחים גבוה פי 10 עד פי 100 מזה שנמדד בערוצי בריחה יציבים יותר.
מאדים חשוף ללא הרף לזרם של חלקיקים טעונים הנפלטים מהשמש. השדה המגנטי הגלובלי של כדור הארץ מטה חלק גדול מרוח השמש, אך למאדים אין שדה מגנטי פנימי גלובלי דומה. משום כך רוח השמש יכולה לפגוע ישירות יותר באטמוספרה העליונה שלו ולהאיץ חלקיקים מתוכה אל החלל.
מחקר בהובלת אוניברסיטת בוסטון, שפורסם בכתב העת Science Advances, זיהה דרך אפשרית שבה מתרחש אובדן האטמוספרה. החוקרים מצאו כי רוח השמש יכולה לערער את הגבול החיצוני של האטמוספרה העליונה של מאדים, בדומה לרוח המערבלת את פני המים. האינטראקציה יוצרת מבנים מתגלגלים גדולים המכונים גלי קלווין–הלמהולץ, המסוגלים לסייע בניתוק חומר אטמוספרי ממאדים.
שתי חלליות מגלות את החוליה החסרה
המחבר הראשון של המחקר, ד"ר צ'י ז'אנג, חוקר במרכז לפיזיקת החלל באוניברסיטת בוסטון, ועמיתיו ניתחו מדידות מהחללית MAVEN של נאס"א ומהמקפת טיאנוון־1 של סין.
טיאנוון־1 מדדה את רוח השמש הבלתי מופרעת לפני שהגיעה למאדים, ואילו MAVEN איתרה יונים אטמוספריים הנמלטים בקרבת כוכב הלכת. שילוב התצפיות אפשר לחוקרים להשוות בזמן אמת בין התנאים ברוח השמש לבין השינויים בקצב בריחתם של חלקיקים מאטמוספרת מאדים.
מדענים כבר ידעו שענני פלזמה גדולים באטמוספרה העליונה של מאדים מסוגלים לשאת עמם קבוצות של יונים בתהליך המכונה "בריחה מרוכזת" (bulk escape). כמה מנגנונים הוצעו כדי להסביר כיצד העננים האלה נוצרים, אך מקורם נותר לא ודאי משום שלא היו תצפיות ישירות שקישרו בין רוח השמש המגיעה לבין היונים הבורחים.
חללית אחת אינה יכולה לפתור את הבעיה לבדה, משום שאינה מסוגלת למדוד בו־זמנית גם את רוח השמש הבלתי מופרעת במעלה הזרם וגם את היונים הנמלטים בסביבת מאדים. במחקר קודם הראו ז'אנג ועמיתיו כי תצפיות מתואמות של MAVEN וטיאנוון־1 יכולות לקשר בין שינויים ברוח השמש לבין התנאים בסביבתו הקרובה של כוכב הלכת.
במחקר החדש השתמשו החוקרים באותה שיטת מדידה דו־חללית וזיהו את גלי קלווין–הלמהולץ כגורם חשוב בבריחת היונים. הגלים נוצרים במקום שבו פלזמה זורמת חולפת במהירות על פני שולי האטמוספרה העליונה של מאדים. הפרש המהירויות מערבל את אזור הגבול ויוצר חבילות גל לא־ליניאריות וענני פלזמה גדולים, המסוגלים לשאת חלקיקים אטמוספריים החוצה.
המדידות הראו כי שטף היונים בתוך ענני הפלזמה היה גבוה בסדר גודל אחד עד שניים – כלומר פי 10 עד פי 100 – מהשטף בערוצי בריחה יציבים רגילים. עם זאת, נתון זה מתייחס לעוצמת הבריחה בתוך העננים ולא לחלקם באובדן הכולל של האטמוספרה לאורך זמן.
בריחת האטמוספרה מעדיפה צד אחד
ז'אנג ועמיתיו מצאו ראיות ישירות לכך שגלי קלווין–הלמהולץ יצרו את ענני הפלזמה שנצפו. המדידות גם הראו שהאובדן האטמוספרי הנלווה לתהליך אינו מתפזר באופן שווה סביב מאדים.
"במקום זאת, הוא נצפה בעיקר בצד אחד של כוכב הלכת, בהתאם לכיוון השדה החשמלי של רוח השמש", אמר ז'אנג.
נראה שכיוון השדה החשמלי קובע היכן גלי קלווין–הלמהולץ יכולים להתפתח ביעילות רבה יותר, ובהתאם לכך גם היכן מתרחשת בריחת היונים המוגברת. התצפיות מקשרות אפוא בין רוח השמש המגיעה, התפתחות גלי הפלזמה וסילוק היונים מהאטמוספרה ברצף אחד של סיבה ותוצאה.
עדיין לא ברור מהי תרומת הגלים הכוללת
החוקרים צריכים כעת לקבוע באיזו תדירות נוצרים גלי קלווין–הלמהולץ, אילו תנאים ברוח השמש מחזקים אותם וכמה מאובדן האטמוספרה הכולל של מאדים נגרם באמצעות המנגנון הזה. לצורך כך יידרשו תצפיות נוספות והדמיות ממוחשבות מתקדמות.
לדברי ז'אנג, עם התקרבותה של MAVEN לשלב סיום המשימה, עשויה משימת ESCAPADE של נאס"א להמשיך את המחקר. שתי חלליות ESCAPADE שוגרו בנובמבר 2025 ונמצאות בשלב המתנה לפני שינצלו את כבידת כדור הארץ בסתיו 2026 כדי לצאת לעבר מאדים. הן צפויות להגיע לכוכב הלכת בספטמבר 2027 ולבצע מדידות בו־זמניות משתי נקודות שונות.
צ'ואנפיי דונג, מרצה לאסטרונומיה וחבר המרכז לפיזיקת החלל באוניברסיטת בוסטון, הסביר כי החוקרים מבקשים לברר מתי הגלים נוצרים, כיצד הם מתפתחים ובאיזו עוצמה הם מניעים בריחה אטמוספרית. לדבריו, תהליכים דומים עשויים להתרחש גם בכוכבי לכת אחרים שאין להם שדה מגנטי גלובלי חזק, ובהם כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש.
הממצאים עשויים לסייע בהבנת השינוי שעבר מאדים במהלך ההיסטוריה שלו. לפי העדויות הגאולוגיות, בעבר הרחוק הייתה לכוכב הלכת אטמוספרה עבה יותר ומים נוזליים התקיימו על פניו. הבנת התהליכים שהפכו אותו לעולם הקר והיבש המוכר כיום חשובה גם לחקר התפתחותן וישיבותן של סביבות פלנטריות אחרות.
שאלות ותשובות
מהם גלי קלווין–הלמהולץ?
אלה גלים ומערבולות הנוצרים בגבול בין שני זורמים הנעים במהירויות שונות. במקרה של מאדים הם מתפתחים באזור המפגש בין רוח השמש לבין הפלזמה שבשולי האטמוספרה העליונה.
מדוע נדרשו שתי חלליות למחקר?
טיאנוון־1 מדדה את רוח השמש לפני פגיעתה במאדים, ואילו MAVEN מדדה את היונים הבורחים בקרבת כוכב הלכת. כך היה אפשר להשוות בין הגורם האפשרי לבין התוצאה בזמן אמת.
האם הגלים מסבירים את כל אובדן האטמוספרה של מאדים?
לא. המחקר זיהה אותם כמנגנון חשוב לבריחה מרוכזת של יונים, אך עדיין לא קבע באיזו תדירות הם נוצרים ומה חלקם באובדן האטמוספרי הכולל לאורך מיליארדי שנים.
מדוע הבריחה המוגברת מתרחשת בעיקר בצד אחד של מאדים?
לפי המדידות, מיקומם של הגלים וענני הפלזמה תלוי בכיוון השדה החשמלי של רוח השמש. כיוון זה מעדיף היווצרות של גלים ובריחת יונים באזורים מסוימים סביב כוכב הלכת.
עוד בנושא באתר הידען
- רוח השמש הסירה את מרבית אטמוספירת מאדים
- רוח השמש אשמה בבריחת אטמוספירת מאדים ובהפיכתו מחמים ורטוב למדבר קר
- מאדים: סיכום ביניים של ממצאי החללית MAVEN
- סין שיגרה חללית למאדים, בתוכה גם רכב למחקר שטח
- מחקר חדש: מאדים הקדום היה אולי חם, גשום ומתאים לחיים
המאמר המדעי
המחקר הקודם: Anomalous transient enhancement of planetary ion escape at Mars – Nature Communications
לפרסום המקורי: [Giant Plasma Waves May Be Stripping Away Mars’ Atmosphere – SciTechDaily](
