火星磁場爲什麼會消失？

我們知道，火星最吸引科學家的是，它表面有明顯可見的證據，表明它含有液態水。但是現在，所有的水都消失了，事實上，以現在的情況，液態水無法在這顆紅色星球的表面生存。不管怎麼說，現在不是這個星球了。

火星現在只有一個稀薄的大氣層，而這個大氣層現在還不夠厚，根本無法維持水的存在。所以在過去它一定有一個更厚，更溫暖的大氣層。也就是說只有當火星也有一個保護性的磁層時，大氣纔可能持續存在。

天文學家非常肯定，大約40億年前火星失去了它的磁層。如果沒有像地球一樣的保護性磁層，太陽的恆星風就可以自由進入火星，並簡單地將其大氣層剝離，永遠消失在太空中。最後水和大氣消失了，火星變得又冷又幹。

地球的磁氣圈是由位於地球核心的發電機產生的，那是是一個旋轉的、對流的鐵水和鎳團。那麼同理，火星肯定也有一個。這是它能產生一個保護性的磁層來保護它不受太陽傷害的唯一方法。但是火星比地球小，在它形成之後，火星比地球冷卻得更快。一旦冷卻，它失去了核心的鐵/鎳發電機，然後失去了大氣，最後失去了水。

但是火星仍然有一個磁場，只不過它很弱，美國宇航局的MAVEN（火星大氣和揮發性進化）航天器已經繪製了它的地圖。研究表明火星現在有一個感應磁層，而不是像地球那樣的全球發電機磁場。

火星產生的磁場與行星中心的發電機產生的磁場有不同的原因。它是由太陽風（一種流動的磁化等離子體）和非磁化行星本身之間的電磁相互作用引起的。科學家對於地球的磁場是非常清楚的，並且已經研究了幾十年。但是像火星這樣的感應場不是。

太陽風是一股帶電粒子流，以每小時近160萬公里的速度撞擊太陽周圍的電子流。它與太陽系中的一切事物相互作用。風本身是磁化的，所以它實際上很難穿透非磁化火星的高層大氣。相反，它在電離層產生電流。這實際上加強了磁場，產生了感應磁層。直到現在，科學家們才明白這一切是如何運作的。

當太陽風中的離子和電子與這個感應磁場相撞時，有些離子被引導到單向流動，有些電子被引導到相反的方向。這就形成了電流，它們在地球上從白天到夜晚傳播。

與此同時，來自太陽的x射線和紫外線照射到火星的上層大氣，使其中一些不斷電離。這就把上層大氣中的一部分轉變成電子和帶電離子來導電。

MAVEN和其他任務之前已經看到了這些當前層的本地化提示。但直到五年後的今天，科學家們才能夠繪製出完整的電路圖，從太陽風產生的電路到電能在高層大氣中的沉積位置。

這張圖片來自於對火星周圍電流的科學可視化。電流（藍色和紅色箭頭）將火星包裹在一個嵌套的雙環結構中，從白天到夜晚，它一直圍繞着火星。這些電流環扭曲了太陽風磁場（圖中沒有），太陽風磁場覆蓋在火星周圍，在火星周圍形成一個感應磁層。在這個過程中，電流將火星的上層大氣和感應磁層與太陽風電連接起來，將感應磁層邊界（微弱的內拋物面）和太陽風弓形激波（微弱的外拋物面）產生的電能和磁能傳遞出去。

在太空中很難“看到”這些電流。但馬文（MAVEN）的儀器之一是靈敏的磁強計。雖然它看不到電流，但它幫助我們繪製了火星周圍磁場線的三維地圖。科學家們隨後能夠將電流映射到磁場線的扭曲上。

其結果是更詳細地瞭解了太陽是如何將火星的磁場從大氣層中剝離出來的。一旦全球發電機磁場消失，太陽風與火星上層大氣形成直接聯繫，產生電流。然後這些電流將大氣中的帶電粒子推向太空。

其實金星有一個像火星一樣的感應磁場，儘管我們對它的瞭解不如我們對火星的瞭解詳細。這項研究的作者說他們很可能是相似的，至少在廣義上是相似的。

這些結果代表了火星上的典型結構，在一級上，可能也代表了對流驅動的感應磁層。然而，這種結構並不是感應磁層唯一可能的結構。這一大氣損失過程始於大約40億年前的某個時候，而恰恰是當時火星失去了磁場！