Магнитное поле марса кратко

Обновлено: 03.07.2024

На самом деле у Марса есть очень слабое магнитное поле, однако оно оно намного слабее электромагнитного поля Земли и не в состоянии защитить Марс от солнечной радиации.

Известно, что как правило электромагнитное поле планеты создается ее ядром. Например в случае с нашей Землей электромагнитное поле создается за счет вращения расплавленного ядра Земли. Этот эффект создания магнитного поля вращающимся ядром называют планетарным динамо .

Ядро Марса состоит в основном из железа, никеля и серы и в теории могло бы быть источником магнитного поля, однако в отличие от Земного ядра ядро Марса находится в твердом агрегатном состоянии - оно застыло.

Данные полученные с исследовательских аппаратов находящихся на поверхности и орбите Марса (в частности Mars Global Surveyor) говорят о том, что в прошлом у Марса было очень сильное магнитное поле. В частности об этом говорит исследование частиц металлов в наиболее древних марсианских камнях. Следовательно в прошлом ядро Марса было расплавлено и вращалось, также как и ядро Земли.

Современное магнитное поле Марса примерно в сорок три раза слабее, чем магнитное поле Земли. При этом интересно, что в северном полушарии Марса магнитное поле сильнее, чем в Южном. Это может говорить о том, что ядро Марса застыло не полностью.

Причины

У того, что ядро Марса застыло есть две основные причины. Первая состоит в том, что Марс гораздо меньше Земли, поэтому он остывал гораздо быстрее.

Вторая - состоит в том, что спутники Марса - Фобос и Деймос намного меньше, чем спутник Земли - Луна. Суммарная масса Фобоса и Деймоса составляет примерно 0.0001% массы Марса, в то время как масса Луны равна примерно 1% массы Земли. Это приводит к тому, что гравитационное влияние спутников Марса на ядро невелико, а влияние Луны на ядро Земли наоборот - значительно. По сути Луна выступает как гигантский миксер, который вращаясь вокруг Земли постоянно помешивает земное ядро.

Разумеется наличие Луны не единственный фактор вызывающий вращение и движение расплавленной массы в ядре, но сбрасывать его со счетов тоже нельзя.

Потеря Марсом магнитного поля привела к тому, что условия на Марсе стали непригодны для обитания. в прошлом условия на Марсе были гораздо более гостеприимны. Конечно рано говорить о том, что в прошлом на Марсе была жизнь, но можно с уверенностью утверждать, что раньше на Марсе были океаны, моря и реки из жидкой воды.

Со временем Марс начал терять атмосферу, так как ослабевшее магнитное поле не смогло защищать ее от частиц солнечного ветра. Это привело к испарению и замерзанию части марсианской гидросферы.

Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.

Магнитное поле Марса в привычном нам формате отсутствует, потому на планету постоянно воздействуют солнечный ветер и космическое излучение, делая ее безжизненным объектом. Однако магнитные полюса небесное тело имеет. Возможно, они — остатки древней магнитосферы.

Есть ли у Марса магнитное поле

У Марса внутренняя его часть похожа на земную, состоит из железо-никелевого сплава и серы. Теоретически здесь должна существовать и магнитосфера, но это невозможно: ядро планеты застыло. И все же оно тоже создает магнитные импульсы, распространяющиеся в виде полос, похожие на те, что обнаружены на дне земных океанов. Они — доказательство наличия у Красной планеты в далеком прошлом, около 4 млрд лет назад, тектоники плит.

Марсианские магнитные полосы достаточно сильные, они на сотни километров простираются вверх, в местную атмосферу. Взаимодействуя с солнечным ветром, эти импульсы способствуют возникновению полярных сияний, похожих на те, что наблюдают у себя земляне. С момента начала наблюдений за Марсом ученые зафиксировали более 13 тыс. подобных сияющих явлений.

В северном полушарии Красной планеты остаточные магнитные поля более сильные, чем в южном. Это говорит о том, что марсианское ядро могло застыть не в полном объеме.

Тот факт, что магнитосфера не обволакивает Марс полностью, объясняет, почему его поверхность получает солнечного излучения в 2-3 раза больше, чем наша планета.

И это приводит к тому, что:

будущие колонизаторы Красной планеты должны будут найти способ защититься от вредного действия космической радиации;
присутствие воды на марсианской поверхности невозможно.

Последнее также представляет собой проблему для человека на Марсе. Марсоходы уже нашли под его поверхностью большие объемы водяного льда, и вода в жидком состоянии также может там присутствовать.

Для полноценной жизни здесь человек должен будет думать о том, как добыть влагу в достаточном количестве.

Теории исчезновения поля

Астрономы называют 4 основные причины отсутствия марсианской магнитосферы:

Красная планета имеет размеры, гораздо меньшие, чем у Земли, потому это небесное тело остывало быстрее нас и сейчас имеет застывшее ядро.
Марсианские естественные луны имеют меньшие габариты, чем земной сателлит — в сумме массы Деймоса и Фобоса составляют примерно 1/1 000 000 от аналогичного параметра своего хозяина, в то время как наша Луна — это всего около 1/100 веса Земли. Поэтому под воздействием Луны земные внутренности быстрее перемешиваются, а у Марса тектонические процессы отсутствуют.
Марс имел стабильную магнитосферу, похожую на земную, но она была разрушена в результате столкновения планеты с космическим объектом больших размеров — этот удар положил начало остановки ядра и его последующему остыванию.
Планета изначально не имела магнитного поля, его ядро долгое время после рождения было статичным и не вызывало создания электрических импульсов, но позже соседний Юпитер, благодаря своей мощной магнитосфере, оттолкнул летящий к нему астероид и направил его в сторону Марса, где стал марсианской луной и за десятки тысяч лет вращения вызвал своими приливными силами в марсианском ядре процессы, разогревшие его и родившие нужные импульсы, а через нескольких миллионов лет разрушился, а вместе с ним исчезло и местное магнитное поле.

Расчет марсианской гравитации

Для расчета гравитации на Марсе нужно вспомнить теорию Ньютона: гравитационные силы пропорциональны массе, а так как форма планеты приближена к сферической, гравитация обратно пропорциональна радиусу этого тела в квадрате.
При массе Марса 641 квинтлн т (число с 18 нулями) и его среднем радиусе 3,39 тыс. км гравитация будет равна 3,7 Н/кг против аналогичного показателя у Земли в 9,78 Н/кг.

Сравнение магнитосфер Земли и Марса

Сегодня марсианское магнитное поле почти в 43 раза слабее земного. Слабая и неравномерно распределенная вокруг планеты магнитосфера влияет на местную гравитацию, которая тут имеет такие же низкие значения. Если сравнивать марсианские гравитационные силы с земными, последние будут сильнее на 62%, и все предметы, помещенные на поверхность Красной планеты, потеряют в своей массе 38%. Человек, весящий на Земле 100 кг, там весил бы всего 38 кг.

Для чего NASA хочет создать искусственное магнитное поле на планете

Если бы давление атмосферного воздуха на Марсе составило хотя бы 33-50% от земного, будущие колонизаторы смогли бы находиться на его поверхности в какое-то время суток без скафандров, применяя лишь аппарат для дыхания. Повысить давление можно, защитив Красную планету от солнечного ветра с помощью создания искусственной магнитосферы, потому что естественную восстановить уже невозможно.

Работы планируется проводить не самом Марсе, а рядом — около планеты, с солнечной стороны, будет создан магнитный щит, который расположится на стабильной орбите.

Нужные импульсы будут производиться большим диполем или 2 равными по величине противоположно заряженными магнитами.

Уже через нескольких лет после создания магнитного щита марсианское атмосферное давление на Марсе достигнет 50% от земного. Чуть позже себя проявит парниковый эффект, на планете станет теплее, расположенный близко к поверхности лед растает, глубокие впадины начнет заполнять вода. Красная планета станет чуть более пригодной для жизни.

Обзор. Другая сторона солнечного ветра

Из-за того, что в период образования крупных марсианских равнин магнитное поле выключилось, атмосфера Марса оказалась беззащитна, и постепенно превратилась в тонкий слой углекислого газа с незначительными примесями, наблюдаемый сейчас.

Магнитосфера Марса. Нынешнее состояние

Определить влияние потерь газов на климатические изменения Марса в настоящее время и в прошлом.

Определить текущее состояние верхних слоев атмосферы и ионосферы Марса и взаимодействия их с солнечным ветром.

Определить темпы потери атмосферы, а также факторы, влияющие на этот процесс.

Определить соотношения стабильных изотопов в атмосфере Марса.

Именно MAVEN показал, что остатки магнитного поля Марса вытянулись за планетой, образовав у нее своеобразный магнитный хвост. Само это открытие особенно интересно тем, что позволило подтвердить и детально описать механизм магнитного пересоединения Марса, непосредственно провоцирующий улетучивание остатков марсианской атмосферы в космос. В целом же MAVEN дал толчок новейшим исследованиям собственного магнитного поля на Марсе.

Реликтовое магнитное поле на Марсе

Некоторые регионы планеты обладают более сильными магнитными полями, нежели другие, но это, вероятнее всего, связано с повышенным или пониженным содержанием магнитных минералов в том или ином регионе, то есть, пород, которые могли испытывать влияние древнего магнитного поля. В целом магнитные поля в северном полушарии Марса слабее, а в южном – сильнее.

Три крупных ударных бассейна в северном полушарии Марса — Эллада, Исида и Аргир — не проявляют признаков магнетизма, что также может объясняться малым содержанием магнитных пород на этих территориях. Предполагается, что в процессе ударных катаклизмов и образования этих бассейнов значительные объемы магнитных пород и содержащихся в них минералов могли быть испарены в результате столкновений и сопутствующих взрывов. При этом необходимо оговориться, что измерения магнитных полей марсианской коры производятся с орбиты, поэтому могут быть неполны; экспедиции на поверхности планеты, возможно, позволят зафиксировать более слабые магнитные поля и составить более полную карту.

Итак, магнитосфера марсианских горных пород представляет собой остатки древнего магнитного поля. Магнитное динамо в мантии Марса исчезло не позднее 3,7 миллиарда лет назад. Подробнее о хронологии существования марсианского динамо рассказано в этой статье. Впрочем, здесь следует упомянуть и о роботе InSight, который начал работу на поверхности Марса в ноябре 2018 года. Аппарат предназначен, прежде всего, для изучения толщины, состава и структуры коры Марса, а также получения данных о его мантии, ядре и сейсмической активности. Именно InSight показал, что магнитные поля на поверхности Марса вдесятеро сильнее, чем считалось ранее. Он обнаружил и некоторые другие интересные детали, в частности, суточные флуктуации активности марсианского магнитного поля и магнитные импульсы, чья природа пока остается невыясненной. Считается, что зафиксированные InSight магнитные явления на поверхности планеты также связаны с воздействием солнечного ветра.

Индуцированные магнитосферы образуются вокруг проводящих ненамагниченных планетарных объектов, в частности, в ионосферах Марса, Венеры, Титана, Плутона и комет в ходе электродинамических взаимодействий намагниченной плазмы с частицами солнечного ветра. Токи, возникающие при этом, приводят к взаимодействию ионосферы и плазмы, тем самым помогая понять роль солнечного ветра в нагревании, выдувании и эволюции планетарных атмосфер.

По итогам пятилетней работы зонда MAVEN удалось картировать индуцированную магнитосферу Марса, обнаружив в процессе этой работы взаимодействие ионосферы и головной ударной волны, асимметрию в конфигурации атмосферных электрических полей, а также искривление токов в верхних слоях атмосферы Марса. Также был обнаружен пограничный регион между ионосферой Марса и его магнитослоем.

Соответственно, восстановление защиты Марса от пагубного воздействия солнечного ветра целесообразно начинать именно с ионосферы. В 2017 году специалист NASA Джим Грин предположил, что для реставрации марсианской атмосферы и предохранения ее от воздействия солнечного ветра можно расположить магнитный щит на марсианской орбите в точке Лагранжа, где притяжение Марса и притяжение Солнца имеют равную величину и, следовательно, такой щит будет оставаться стабилен. На Хабре есть обзорная переводная статья с обоснованием этого проекта и видео с выступлением Грина на конференции Planetary Science Vision 2050, где была высказана эта идея. Из статьи стоит скопировать и пояснить ключевую иллюстрацию:

На иллюстрации показана форма магнитного хвоста (остатки магнитного поля Марса, взаимодействующие с солнечным ветром, о чем было рассказано выше), а также расположение самого Марса, магнитного щита в точке Лагранжа L₁, магнитослоя и магнитопаузы. Как показано на этой схеме, магнитный щит Марса призван уменьшить выдувание атмосферы солнечным ветром, обеспечить новое равновесное состояние атмосферы и уменьшить количество жесткой солнечной радиации, достигающей поверхности Марса.

Искусственный магнитный щит Марса: технические характеристики

Марсианская точка Лагранжа расположена на расстоянии около 1 миллиона километров от Марса. С поправкой на компенсацию сильных солнечных вспышек можно предположить, что будет достаточно расширить искусственное магнитное поле на расстояние 1,5 млн километров от планеты.

Также следует учитывать, что интенсивность солнечного ветра на марсианской орбите значительно ниже, чем на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца (т.е. на расстоянии от Солнца до Земли). Таким образом, для защиты Марса от солнечного ветра достаточно получить магнитное поле примерно вдвое слабее, чем понадобилось бы для защиты Земли. Учитывая оба этих фактора, понадобится сгенерировать вокруг Марса магнитное поле всего в 11% от силы естественного магнитного поля Земли, и минимальный радиус магнитослоя вокруг Марса составил бы всего 500 000 километров.

Соответственно, это будет провод колоссального размера. Чтобы сделать его как можно компактнее, необходимо как можно сильнее уменьшить рабочее напряжение этого провода и, следовательно, его сопротивление. Чтобы добиться минимального сопротивления, нужно подобрать минимальную длину провода, при этом обеспечив для него максимальную площадь поперечного сечения. Отметим, что сопротивление проводника можно было бы снизить, изготовив его из сверхпроводящего материала, но технически наиболее доступной конфигурацией представляется плоская медная катушка, намотанная настолько плотно, что отверстие в ее центре будет как можно уже. При этом отверстие в центре катушки необходимо оставить, так как при его отсутствии в катушке возникнут контрпродуктивные обратные токи, и ее сопротивление будет чрезмерно сильным.

Остается вопрос о том, какой источник энергии позволил бы запитать подобную конструкцию на орбите Марса. Для этого определенно не подойдут солнечные панели, так как солнечное излучение на орбите Марса довольно слабое, и даже сконструировав солнечные панели площадью 4000 м2 и обладающие КПД 20%, нам потребовалось бы для производства проводника больше меди, чем в принципе имеется на Земле. Более эффективным энергетическим решением был бы 830-мегаваттный ядерный реактор, работающий на орбите Марса и запитывающий магнитный контур. В таком случае напряжение в системе составило бы всего 2 вольт, а размеры медной катушки – 3,5 метров в диаметре при весе около 57 тонн. По расчетам автора, такая катушка позволила бы генерировать магнитное поле около 81 тесла. При этом необходимо было бы решить дополнительные технические проблемы, связанные с отводом избыточной теплоты от контура во избежание его деформации, а также обеспечить доставку 40 тонн урана в марсианскую точку Лагранжа каждые два года (следует оговориться, что мы пока не можем оценить запасы урана на Марсе, поэтому последняя проблема может решаться проще, чем кажется на первый взгляд).

Дальнейшие выкладки из упомянутой статьи выходят за рамки данной публикации, но ее все-таки будет интересно прочесть целиком – в частности, чтобы познакомиться с ориентировочными характеристиками космического корабля, необходимого для реализации всего проекта.

Итак, генерация искусственного магнитного поля для Марса представляется несравнимо более осуществимой задачей, чем восстановление естественного. Кроме того, это был бы значительно более щадящий и эффективный (в долгосрочной перспективе) метод терраформирования, чем термоядерная бомбардировка или развертывание орбитальных зеркал, предложенные Илоном Маском. Остается с интересом следить, возможна ли при в обозримом будущем практическая реализация подобных планов.

Каждый из нас когда-либо задумывался о жизни вне Земли, однако не каждый знает о том, какую роль в жизнеспособности тела играет его магнитное поле. Гипотеза ученых о том, что жизнь на Марсе возможна, имеет веские основания. Какие для этого необходимы условия, и какую роль в жизнеобеспечении играет магнитное поле, читаем ниже.

Магнитное поле Марса

Магнитное поле представляет собой некую защитную оболочку, отклоняющую все негативные воздействия ветра, электрических зарядов Солнца или других планет. Такое защитное поле имеет не каждая планета, оно продуцируется внутренними тепловыми и динамическими процессами, происходящими центре ядра космического тела. Частицы расплавленного металла, находясь в движении, создают электроток, наличие которого на планете участвует в создании защитного слоя.

Магнитное поле Марса однозначно существует, оно распределено очень слабо и неравномерно. Это объясняется неподвижностью остывшего ядра относительно поверхности. На планете есть места, где проявление поля в несколько раз превышает силу воздействия на других участках четвертой планеты. Магнитометром Mars Global Surveyor было установлено наличие наиболее сильного магнитного поля на южных участках, в то время как на северной стороне оно прибором практически не было установлено.

Магнитное поле у Марса ранее было достаточно сильным, оно имеет остаточный характер, сохраняя так называемый палеомагнетизм. Этого поля недостаточно для защиты от излучений Солнца или воздействия ветров. Таким образом, незащищенная поверхность не оставляет возможности задерживаться ни воде, ни другим частицам.

На вопрос было ли магнитное поле у Марса, и есть ли оно сейчас, можно уверенно дать положительный ответ. Наличие небольшого поля на соседней планете говорит о том, что оно существовало и ранее, имея большую, нежели сегодня силу.

Почему Марс потерял магнитное поле

Есть теория, согласно которой еще 4 млрд. лет назад магнитное поле красной планеты было достаточно сильным. Оно было схоже с земным и стабильно распределялось на поверхности его коры.

Столкновение с неким космическим телом больших размеров, или, как утверждают некоторые исследователи, несколькими крупными астероидами, повлияло на внутренние динамические процессы ядра. Ядро перестало продуцировать электротоки, вследствие чего, поле Марса ослабло, его распределение стало неоднородным: оно стало усилено на одних участках, другие остаются незащищенными. В этих местах воздействие излучения Солнца в два с половиной раза сильнее, чем на Земле.

Насколько сильна гравитация на Марсе?

В силу слабого и неравномерно распределенного магнитного поля, гравитация на Марсе имеет столь же низкие параметры. Если быть точнее, сравнительно с земной силой притяжения, она на 62% слабее. Поэтому все субъекты, находящиеся здесь в разы теряют свою истинную массу.

Сила притяжения на Марсе зависит от нескольких параметров: массы, радиуса, а также плотности. Несмотря на то, что площадь Марса приближается к показателям площади Земли, существуют большие различия плотности и диаметров планет, масса Марса на 89% меньше земной.

Имея данные двух схожих планет, учеными была вычислена сила притяжения Марса, которая достаточно отличается от земной. Сила гравитации на Марсе так же ослаблена, как и магнитное поле. Низкая гравитация перестраивает работу живого существа. Поэтому длительное пребывание человека на Красной плане может негативным образом сказаться на здоровье. Если будет найден путь преодоления последствий слабого притяжения на здоровье человека, время освоения других планет стремительно приблизится.

Помимо силы тяготения, на самой планете существует величина – гравитационная постоянная, показывает силу тяготения между планетами. Она вычисляется относительно двух планет, Марса и Земли, Марса и Солнца отдельно с учетом расстояния между ними. Эта величина является основополагающей, так как от силы тяготения планет зависит и расстояние между ними.

Расчет марсианской гравитации

Чтобы найти силу гравитации на Марсе, нужно применить формулу:
G = m(земли) • m(Марса) /r2
Здесь – это гравитационная постоянная, r – это расстояние от центров Земли и Марса.
Подставив значения, получим
5.97 • 1024 • 0.63345 • 6.67 • 10-11 /3.488=3.4738849055214
Таким образом, значение марсианской гравитации равно 3.4738849055214 Н.

Почему на Марсе по-другому

Сила тяжести Марса относительно Земли зависит от размера планет, массы и расстояния между их центрами. Планета с большей массой оказывает наибольшую степень гравитационного притяжения. Таким образом, Земля, имея наибольшую массу, оказывает наибольшую силу притяжения относительно Марса. По мере увеличения расстояния между планетами, сила гравитации между ними уменьшается.

Гравитация Земли, имея высокие показатели, способна с большей силой, нежели на Марсе притягивать объекты. Таким образом, земная гравитация, по сравнению с марсианской, позволяет сохранять жизнедеятельность и жизнеспособность на Земле. В то время как на Марсе низкая сила тяготения не удерживает на поверхности планеты даже воду.

Сравнительный анализ характера силы притяжения на Марсе относительно силы тяготения Земли, позволяет ответить на вопрос, почему на Марсе нет такого магнитного поля, как на Земле.

Ученые заняты рассмотрением условий, при которых жизнь на четвертой от Солнца будет возможна. На данный момент исследований Красной планеты недостаточно, чтобы собрать данные жизни на Марсе, так как низкое магнитное поле и сила гравитации усложняют пребывание человека на планете, точнее подвергают его организм нежелательным изменениям, что вряд ли совместимо с жизнью.

Читайте также: