Beschermt het magnetisch veld van de Aarde onze atmosfeer?

Ruimtefysica
Tot in het recente verleden was men van mening dat een sterk intrinsiek magnetisch veld noodzakelijk was om een planeet te beschermen tegen de zonnewind die anders zijn atmosfeer zou wegblazen. Soms werd gezegd dat dit de reden is waarom Mars, dat geen (sterk) magnetisch veld bezit, het merendeel van haar atmosfeer verloren is, terwijl de gemagnetiseerde Aarde dit probleem niet heeft. Ons onderzoek heeft aangetoond dat dit beeld niet klopt. De snelheid waarmee een hypothetische, niet-gemagnetiseerde Aarde haar atmosfeer zou verliezen, zou ongeveer dezelfde zijn, of zelfs iets trager, dan voor de gemagnetiseerde planeet waarop we leven.

Achtergrond

Het al dan niet beschikken over een magnetisch veld bepaalt hoe een planeet met de zonnewind interageert en welke de mogelijke routes voor atmosferische verliezen zijn. Magnetosferen worden gevormd zowel rond gemagnetiseerde planeten, zoals de Aarde, als rond niet-gemagnetiseerde planeten, zoals Mars en Venus. Er werd geopperd dat gemagnetiseerde planeten beter beschermd zijn tegen atmosferisch verlies. De waargenomen snelheid van massaverlies is bij deze drie planeten echter vergelijkbaar (ongeveer 0,5 - 2 kg/s), waardoor deze hypothese in twijfel wordt getrokken.

Onze resultaten

We hebben de effecten van een planetair magnetisch veld op de belangrijkste atmosferische ontsnappingsprocessen gemodelleerd. Daarbij tonen we aan  dat het tempo van massaverlies hoger kan zijn voor gemagnetiseerde planeten over een groot bereik aan magnetische veldsterkte, als gevolg van de ontsnapping van ionen uit de polaire gebieden, waar de magnetische veldlijnen de ionosfeer verbinden met de interplanetaire ruimte. Het eindresultaat is dat, in tegenstelling tot wat eerder werd gedacht, een intrinsiek magnetisch veld geen voldoende voorwaarde is om een planeet te beschermen tegen atmosferisch verlies.

De redenen voor dit resultaat zijn dat zowel gemagnetiseerde als niet-gemagnetiseerde planeten beschermd worden door hun magnetosferen. Terwijl een magnetisch veld betere bescherming biedt tegen sommige ontsnappingsprocessen, maakt het andere verliesprocessen mogelijk die niet bestaan bij niet-gemagnetiseerde planeten.

Referentie

  • Gunell, H., Maggiolo, R., Nilsson, H., Stenberg Wieser, G., Slapak, R., Lindkvist, J., Hamrin, M., De Keyser, J. (2018). Why an intrinsic magnetic field does not protect a planet against atmospheric escape. Astronomy & Astrophysics, 614, L3. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201832934

Meer

Neushoorn geeft een woordje uitleg
Figuur 2: Neushoorn geeft een woordje uitleg. Afbeelding credit: Herbert Gunell (BIRA).
Snelheid van atmosferisch massaverlies als functie van planetaire magnetische veldsterkte
Figuur 3: Snelheid van atmosferisch massaverlies als functie van planetaire magnetische veldsterkte.