美国国家航空航天局（NASA）的火星轨道器绘制了红色星球周围的电流图–这是大气损失的基础

此图像来自火星周围电流的科学可视化。电流（蓝色和红色箭头）将火星包裹在一个嵌套的双环结构中，该结构从白天一直到夜晚一直不断地环绕着行星。这些电流回路扭曲了太阳风磁场（未显示），该磁场环绕火星，在行星周围形成感应磁层。在此过程中，电流将火星的高层大气和感应磁层与太阳风电连接，将在感应磁层边界（微弱的内抛物面）和太阳风弓形冲击（微弱的外抛物面）产生的电能转移）。

在NASA的MAVEN航天器进入火星轨道五年后，该任务获得的数据导致绘制了火星大气层中电流系统的地图。

科罗拉多大学博尔德分校的实验物理学家罗宾·拉姆斯塔德（Robin Ramstad）说：“这些电流在大气损耗中起着根本作用，大气损耗使火星从一个本来可以维持生命的世界变成了一个荒凉的沙漠，”“我们目前正在努力使用电流来确定从太阳风中获取的精确能量，并为大气逸散提供动力。”拉姆斯塔德（Ramstad）是该研究论文的主要作者，该论文于2020年5月25日发表在《自然天文学》上。

地球也有这样的电流系统：我们甚至可以在夜空附近极光或北极光或南极光的夜空中以彩色光的形式看到它们。地球的极光与地球磁场与太阳风的相互作用所产生的电流紧密相连，这些电流沿着垂直磁场线流入大气，并集中在极地。但是，研究离我们头顶数千英里的电流，只能讲出有关火星情况的部分故事。区别在于行星各自的磁场，因为地球的磁力来自内部，而火星却不是。

MAVEN数据已启用形成火星周围感应磁场的电流系统的第一张地图（蓝色和红色箭头）。

行星磁场

地球的磁力来自其核心，在地壳下方，熔融的导电铁在其中流动。它的磁场是全球性的，这意味着它包围了整个星球。由于火星是一个像地球一样多岩石的地面行星，因此人们可能会假设相同的磁学范式在那里也起作用。但是，火星不会在相对较小的磁化壳片之外自行产生磁场。与我们在地球上观察到的事物有些不同，这一定是在红色星球上发生的。

火星上方发生了什么事？

太阳风主要由带电的电子和质子组成，以每小时约一百万英里的速度不断从太阳吹来。它在我们太阳系中的物体周围流动并与之相互作用。太阳风也被磁化，该磁场无法轻易穿透火星等非磁化行星的高层大气。相反，它在地球电离层中感应产生的电流会引起磁场的堆积和增强，从而形成所谓的感应磁层。到现在为止，太阳风如何驱动火星上的这种感应磁层。

当太阳风中的离子和电子粉碎进入火星附近的这种更强的感应磁场时，由于它们相反的电荷，它们被迫流散开来。一些离子在一个方向上流动，一些电子在另一个方向上流动，形成从行星的白天到夜晚散落的电流。同时，太阳X射线和紫外线不断使火星上的某些高层大气电离，将其转变为电子和带电离子的结合体，它们可以导电。

拉姆斯塔德说：“火星的气氛有点像金属球闭合电路。”“电流在高层大气中流动，最强的电流层在行星表面上方120-200公里（约75-125英里）处持续存在。”MAVEN和先前的任务之前都已经看到了这些当前层的局部提示，但是他们从未能够绘制出完整的电路图，从太阳风中产生的完整电路到高层大气中沉积的电能。

众所周知，直接检测太空中的这些电流非常困难。幸运的是，这些电流使MAVEN的灵敏磁力计可以检测到太阳风中的磁场。该团队使用MAVEN绘制了火星周围三个维度的平均磁场结构，并直接从其磁场结构的变形中计算出了电流。

拉姆斯塔德说：“通过一次简单的操作，电流的强度和路径就会从该磁场图中弹出。”

红色星球的命运

在火星周围没有全局磁场的情况下，太阳风中感应的电流可以形成与火星高空大气层的直接电连接。电流将太阳风的能量转换成磁场和电场，从而使带电的大气粒子加速进入太空，驱使大气逃逸到太空。新结果揭示了MAVEN理解大气逸出的目标所特有的一些出乎意料的特征：推动逸出的能量似乎比通常设想的要大得多。

太阳风驱动的大气层破坏已经活跃了数十亿年，并促进了火星从温暖潮湿的星球转变，这个星球可能掩盖了生命，变成了全球寒冷的沙漠。MAVEN仍在继续探索这一过程的工作方式，以及地球上多少大气层已经消失。

参考：罗宾·拉姆斯塔德（Robin Ramstad），大卫·A·布赖恩（David A.Brain），亚雪冬，贾里德·埃斯普利（Jared Espley），贾斯珀·哈利卡斯（Jasper Halekas）和布鲁斯·雅各斯基（Bruce Jakosky）的“火星感应磁层的全球现有系统”，2020年5月25日，自然天文学。
10.1038 / s41550-020-1099-y

这项研究是由MAVEN任务资助的。MAVEN的主要研究人员位于科罗拉多大学博尔德分校的大气和空间物理实验室，而NASA戈达德负责管理MAVEN项目。美国国家航空航天局（NASA）正在探索我们的太阳系以及更远的地方，通过我们强大的太空和地面任务车队，探索远近的世界，恒星和宇宙之谜。