在地球上,由于地球内部熔融的铁镍核心转动产生的磁场,我们可以在南北极看到美丽的极光。虽然火星也同样具有磁场,但与地球磁场的形成机制不同的是,火星本身并不产生磁场,而是太阳风在火星电离层产生的电流导致磁场堆积、增强,并形成火星上所谓的感应磁层。当太阳风的带电粒子撞击火星附近的感应磁场时,由于太阳风中携带不同电性的离子和电子,受到磁场的作用,不同电性的粒子就会被分开。
有些离子向一个方向运动,电子则向另一个方向运动,从而形成电流,环绕在火星周围。与此同时,太阳发出的X射线和紫外线不断使火星的一些高层大气电离,使其变成电子和带电离子的结合体,也能够导电。这一结论来自NASA于2013年发射的火星大气与挥发物演化任务(MAVEN)。
MAVEN此前已经绘制出这些电流层的局部图像,但这次,MAVEN的数据让科学家首次生成一幅全景图,包括了电流从太阳风中产生,到在上层大气流动的过程。直接在太空中探测到这些电流非常困难,研究小组利用MAVEN的灵敏磁强计,探测并绘制了被电流扭曲的太阳风中磁场的三维结构图,然后根据磁场结构的畸变计算出电流分布。由于火星没有自身的磁场,太阳风携带的带电粒子可以在火星的上层大气中直接形成电流。
电流将太阳风的能量通过磁场和电场传递给火星大气中的带电粒子,加速火星大气逸散到太空。太阳风导致的大气逸散已经持续了数十亿年,并使火星从一个温暖潮湿的星球转变成一个全球寒冷且干旱的沙漠星球。新的研究结果说明,驱动大气逸散的能量可能比此前预想中要大得多。