Что может спасти атмосферу, кроме магнитного поля? Почему в некоторых случаях магнитное поле не может спасти атмосферу?

Ответ usrLTK содержит много хороших деталей и, в частности, объясняет, почему у Меркурия не было бы особой атмосферы.

Позвольте мне немного усложнить картину, отметив, что некоторые недавние исследования показывают, что магнитные поля не могут быть гарантированными автоматическими устройствами защиты атмосферы, как предполагает общепринятое мнение. В частности, Gunell et al. (2018) отмечают, что планетарные магнитные поля могут при некоторых обстоятельствах увеличивать атмосферные потери (в основном каспы и полярные шапки магнитного поля могут ускорять атмосферные ионы в космос). Их расчеты предполагают, например, что если бы магнитное поле Венеры было таким же сильным, как у Земли, она теряла бы атмосферу быстрее , чем сейчас. Между тем, если бы у Земли было только слабое индуцированное магнитное поле в стиле Венеры, она теряла бы водород немного быстрее, но кислород медленнее.чем сейчас.

Интересно, что в настоящее время Венера теряет атмосферу со скоростью около 0,5 кг/с, в то время как Земля теряет атмосферу со скоростью 1,4 кг/с — почти в три раза быстрее, чем Венера. (Для Марса скорость составляет где-то между 0,7 и 2,1 кг/с.)

Если я правильно понимаю ваш вопрос, ваше предположение состоит в том, что Меркурий, имеющий небольшое магнитное поле, должен иметь некоторую атмосферу, возможно, больше атмосферы, чем Марс, без магнитного поля, хотя у Марса действительно есть некоторые области магнитного поля, генерируемые поверхностью, это просто отсутствует поле, создаваемое его ядром.

Солнечная деформация из-за отсутствия магнитного поля — не единственный фактор поддержания атмосферы планеты. Существует также тепловой побег или побег Джинса , который происходит, когда молекулы газа в верхних слоях атмосферы движутся достаточно быстро, чтобы избежать гравитации планеты. Это побочный продукт температуры и скорости убегания.

Вероятно, играют роль дополнительные факторы, такие как выделение газа или изначальное количество атмосферы, или падение очень больших метеоритов.

Побег джинсов может произойти независимо от того, есть магнитное поле или нет. У Меркурия самая высокая температура верхней атмосферы среди планет (у Венеры более высокая температура поверхности, а не температура верхней атмосферы), и у него самая низкая скорость убегания, поэтому из 8 планет она хуже всего поддерживает атмосферу. Исходя из температуры и скорости убегания, Меркурий теряет CO2, который является самым тяжелым обычным газом, поэтому, даже если бы Меркурий имел самое сильное магнитное поле, которое только можно себе представить, он все равно потерял бы свою атмосферу.

Марс намного холоднее с немного более высокой скоростью убегания, поэтому он лучше поддерживает свою атмосферу, по крайней мере, против теплового побега. Марс должен удерживать большую часть CO2 и, возможно, N2, но сильный солнечный ветер может лишить планету молекул газа, которые не могут покинуть ее тепловым путем, поэтому следует рассмотреть оба метода атмосферных потерь.

Марс, скорее всего, когда-то имел атмосферу. Его полярный лед и высохшие русла рек подтверждают этот вывод.

Если предположить, что они были у него в прошлом, Марс мог потерять свои более легкие газы, такие как аммиак (NH3), метан (CH4) и водяной пар (H2O), в результате выхода из атмосферы еще до того, как он потерял свое магнитное поле.

Марс, возможно, также потерял часть своей атмосферы во время гигантского удара .

И, пока не имеет прямого отношения к вашему вопросу. У Меркурия на самом деле нет того, что я бы назвал атмосферой, у него есть экзосфера , которую некоторые люди называют атмосферой, но я думаю, что это плохая терминология. Экзосфера Меркурия создается тем же процессом, что лишил Марс атмосферы: солнечным ветром.

В случае Венеры, хотя индуцированное магнитное поле значительно слабее и простирается на меньшее расстояние от планеты, чем у Земли, оно обеспечивает некоторую защиту атмосферы Венеры. Вопрос об обмене стеками по этому поводу здесь . Я думаю, что ответ мог бы быть более подробным, но он улавливает суть.

Венера на самом деле теряет атмосферу из-за солнечного ветра , но этого достаточно, чтобы скорость потери не лишила планету, и это может произойти не скоро, возможно, когда солнце немного расширится. . . но я просто бросаю это там).

Я не знаю, насколько точны данные об этом, но магнитное поле Венеры обеспечивает некоторую защиту, так же как и гравитация Венеры по сравнению с Марсом, и огромное количество атмосферы, которой обладает Венера, также обеспечивает некоторую защиту. Солнечное удаление основано на столкновениях, поэтому солнечная частица, вероятно, удалит только одну молекулу газа. (вроде/вроде). Солнечный ветер довольно рассеян, поэтому требуется много времени, чтобы солнечная деформация подействовала. Я чувствую, что должен добавить, что, насколько мне известно, тот факт, что Марс потерял свою атмосферу из-за удаления Солнца, в целом согласен, но не уверен на 100%. Мне лично нравится, что падение большого метеорита тоже играет роль, но я в основном предполагаю.

Чтобы получить лучшую модель атмосферных потерь, нам нужно знать, какой была атмосфера планеты миллиарды лет назад, а у нас нет этой информации, поэтому есть некоторые неизвестные скорости потери.

Азот и кислород имеют парамагнитные моменты (сильные), тогда как углекислый газ имеет диамагнитный момент.

Парамагнитные моменты обычно намного сильнее, чем диамагнитные моменты.

Поскольку углекислый газ является тяжелым следовым газом, он редко покидает тропосферу.

Кроме того, поскольку Венера вращается в направлении, противоположном всем остальным планетам Солнечной системы, возникла гипотеза, что Венера могла столкнуться с богатым углеродом объектом в далеком прошлом.

А поскольку Земля и Марс находятся по ветру от Венеры, большая часть углерода на Земле и на Марсе возникла в результате этого столкновения.

В Меркурии мало углерода, но Солнце представляет собой звезду из тяжелых металлов (гелий считается тяжелым металлом), где 1% Солнца составляет кислород — все элементы, обнаруженные на поверхности Меркурия, могут быть произведены Солнцем из этого 1%. %.