Потеря атмосферы планет вследствие их рассеяния в космическое пространство. Диссипация
Диссипация атмосфер планет - потеря газов атмосферой планет вследствие их рассеяния в космическое пространство. Основным механизмом потери атмосферы является термальный — тепловое движение молекул, из-за которого молекулы газов, находящиеся в сильно разреженных внешних слоях атмосферы, приобретают скорость, превышающую критическую скорость ускользания, и поэтому могут уйти за пределы поля тяготения планеты.
В результате процесса рассеивания атмосферы в космосе, формируется планетарный ветер. Диссипация атмосферы имеет большое значение для планеты, так как при потере атмосферы на поверхности изменяется климат, в том числе снижается парниковый эффект — увеличиваются суточные и сезонные колебания температуры. Марс, имея меньшую, чем Земля, силу притяжения, из-за диссипации атмосферы потерял большую часть своей атмосферы и воды. Венера - без магнитного поля, но обладающая мощной, почти земной гравитацией, хорошо держит атмосферу, но почти вся вода была разложена ионизирующим излучением и потеряна.
Значение солнечного ветра.
Роль в процессе диссипации атмосферы играют масса планеты, состав атмосферы, расстояние до Солнца и уровень солнечной активности. Солнечный ветер может передавать свою кинетическую энергию частицам атмосферы, которые могут приобретать скорость достаточную для диссипации из атмосферы. Солнечный ветер, состоящий из ионов, отклоняется магнитосферой, т.к. заряженные частицы движутся вдоль магнитного поля. Таким образом, магнитосфера препятствует диссипации атмосферы планеты. Например, на Земле магнитосфера отклоняет солнечный ветер от планеты с эффективным радиусом порядка 10 радиусов Земли. Область отражения называется головной ударной волной.
Однако, в зависимости от размера планеты и состава атмосферы магнитосфера может и не определять диссипацию атмосферы. Например, Венера не имеет мощной магнитосферы. Её относительная близость к Солнцу напрямую влечет более плотный и мощный солнечный ветер, который мог бы сдуть атмосферу планеты полностью, как например на Меркурии, который не спасло даже наличие довольно существенного магнитного поля. Несмотря на это, атмосфера Венеры на 2 порядка плотнее атмосферы Земли.
Поскольку Венера и Марс не имеют магнитосферы для защиты атмосферы от солнечного ветра, солнечный свет и взаимодействие солнечного ветра с атмосферой планет вызывают ионизацию верхних слоев атмосферы. Ионизированные слои атмосферы, в свою очередь, индуцируют магнитный момент, который отражает солнечный ветер аналогично магнитосфере, ограничивая тем самым эффект солнечного ветра на верхние слои атмосферы радиусом 1.2-1.5 от радиуса планеты, т.е. на порядок ближе к поверхности по сравнению с магнитосферой Земли. Проходя эту область, которая называется головной ударной волной, солнечный ветер замедляется до звуковых скоростей[3]. Около поверхности давление солнечного ветра балансирует с давлением ионосферы, которая называется областью ионопаузы.
Потери атмосферы нашей планетой.
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.