Земля постепенно теряет атмосферу

Земля постепенно теряет атмосферу в космос. Каждый день примерно 90 тонн материи покидает атмосферу нашей планеты и уходит в космическое пространство. Учитывая, что общий вес атмосферы Земли составляет 5 х 10^15 тонн, это не слишком большие потери, однако понимание причин и механизмов этого явления имеет большое значение для понимания аналогичных процессов на других планетах, в том числе потенциально обитаемых.

Магнитная обстановка в окрестностях Земли уже долгое время исследуется учеными при помощи миссии Европейского космического агентства Cluster, в состав которой входят четыре космических аппарата, запущенных в 2000 г. За более чем полтора десятилетия работы миссии с её помощью было собрано большое количество данных, которые позволили ученым глубоко проникнуть в суть явления постепенной потери Землей атмосферы в космос.

Согласно этим результатам существует два основных механизма потери Землей атмосферных газов. В основе первого из этих механизмов лежит центробежная сила, сообщающая ускорение ионам, движущимся близ полюсов нашей планеты, где магнитное поле Земли ослаблено. Ускоренные ионы выбрасываются в сторону магнитного хвоста нашей планеты, где они взаимодействуют с плазмой и возвращаются обратно, приобретая при этом относительно большие скорости. Такие возвратные высокоэнергетические частицы представляют угрозу для космических аппаратов и были неоднократно зарегистрированы при помощи спутников Cluster. Стоит отметить, что по этому механизму происходит потеря в основном тяжелых ионов, таких как ионы кислорода. Второй обнаруженный исследователями механизм связан с пересоединением линий магнитных полей Солнца и нашей планеты. По этому механизму в основном теряются в космос легкие ионы, такие как ионы водорода.

Одно из последних исследований, проведенных учеными миссии Cluster, показало, что вклад каждого из механизмов в суммарный процесс зависит от направления линий межпланетного магнитного поля, создаваемого Солнцем. Так, при южном направлении линий межпланетного магнитного поля основным механизмом является магнитное перезамыкание, а при северном направлении линий этого поля ионы преимущественно покидают атмосферу Земли близ её полюсов. Оба процесса усиливаются при увеличении активности Солнца.

Подробное изложение результатов анализа данных, собранных при помощи спутников Cluster, представлено в работе, опубликованной в журнале Journal of Geophysical Research 30 января 2016 г.; главный автор исследования С.Х. Ли.