Τις τελευταίες δεκαετίες, οι αστρονόμοι και οι γεωφυσικοί έχουν ωφεληθεί πάρα πολύ από τη μελέτη των πλανητικών μαγνητικών πεδίων. Αφιερωμένο στη χαρτογράφηση προτύπων μαγνητισμού σε άλλα αστρονομικά σώματα, αυτό το πεδίο έχει αναπτυχθεί χάρη σε αποστολές που κυμαίνονται από Ταξιδεύω διερευνήσεις για τα πιο πρόσφατα Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) αποστολή.
Κοιτάζοντας το μέλλον, είναι σαφές ότι αυτό το πεδίο σπουδών θα παίξει ζωτικό ρόλο στην εξερεύνηση του Ηλιακού Συστήματος και όχι μόνο. Όπως περιέγραψε ο Jared Espley του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA κατά τη διάρκεια μιας παρουσίασης στη NASA Εργαστήριο Planetary Science Vision 2050 , αυτοί οι στόχοι περιλαμβάνουν την προώθηση της ανθρώπινης εξερεύνησης του σύμπαντος και την αναζήτηση εξωγήινης ζωής.
Εξετάστε την περίπτωση της Γης και του «δίδυμου πλανήτη» της, του Άρη. Η Γη έχει ένα μαγνητικό πεδίο που κυμαίνεται σε ισχύ από 25 έως 65 microteslas (0,25 έως 0,65 gauss), το οποίο διασφαλίζει ότι μπορούν να υπάρχουν κατοικήσιμες συνθήκες στην επιφάνειά της. Ο Άρης, αντίθετα, είχε κάποτε ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο επέτρεπε την ύπαρξη πιο παχύρρευστης ατμόσφαιρας και υγρού νερού στην επιφάνειά του.
Η απόδοση ενός καλλιτέχνη μιας ηλιακής καταιγίδας που χτυπά τον Άρη και αφαιρεί ιόντα από την ανώτερη ατμόσφαιρα του πλανήτη. Πιστώσεις: NASA/GSFC
Η διαδικασία με την οποία συνέβη αυτό χαρτογραφήθηκε εκτενώς από τροχιακούς όπως το MAVEN και το Mars Global Surveyor (MGS). Σύμφωνα με δεδομένα που παρέχονται από αυτές τις αποστολές, οι επιστήμονες γνωρίζουν τώρα ότι περίπου πριν από 4,2 δισεκατομμύρια χρόνια, το μαγνητικό πεδίο του Άρη εξαφανίστηκε. Κατά τη διάρκεια των επόμενων 500 εκατομμυρίων ετών, η ατμόσφαιρα του πλανήτη απογυμνώθηκε σιγά-σιγά, γεγονός που έκανε την επιφάνειά του να γίνει το κρύο, αποξηραμένο μέρος που βλέπουμε σήμερα.
Εξαιτίας αυτού, η δυνατότητα μέτρησης των πλανητικών μαγνητικών πεδίων θα μπορούσε να είναι ευλογία για τους αστρονόμους και τους πλανητικούς ερευνητές. Όπως είπε ο Jared Espley στο Universe Today μέσω email:
«Η απευθείας μέτρηση των μαγνητικών πεδίων στους κόσμους του Ηλιακού Συστήματος και κοντά σε αυτούς μας λέει πολλά για το πώς λειτουργούν αυτοί οι κόσμοι. Σε γενικές γραμμές, μπορούμε να μάθουμε για την εσωτερική δομή και τη σύνθεσή τους και πώς κινούνται και συμπεριφέρονται τα φορτισμένα αέρια στην ατμόσφαιρά τους. Για παράδειγμα, μπορούμε να διερευνήσουμε εάν μέρη όπως η Ευρώπη έχουν ωκεανούς κάτω από την επιφάνεια, πώς μοιάζει η εσωτερική δομή του Δία και αν ο Άρης έχασε την ατμόσφαιρά του λόγω της ηλιακής αιολικής διάβρωσης».
Ως βοηθός ερευνητής στο Goddard’s Διεύθυνση Εξερεύνησης Ηλιακού Συστήματος (SSED), ο Espley είναι πολύ έμπειρος στη μελέτη πραγμάτων όπως η επαγόμενη μαγνητόσφαιρα του Άρη, η φυσική του διαστημικού πλάσματος και η ανάπτυξη μαγγειομέτρων. Και όπως εξήγησε κατά τη διάρκεια της παρουσίασής του στο Εργαστήριο 2050, υπάρχουν πολλές εφαρμογές για αυτόν τον τομέα σπουδών στο μέλλον. Περιλαμβάνουν:
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για το εσωτερικό του Άρη. Πίστωση: NASA/JPL
Υπόγειος ήχος:
Όταν πρόκειται για την εξερεύνηση πλανητών όπως ο Άρης, η μαγνητομετρία είναι χρήσιμη για να βοηθήσει τους επιστήμονες να προσδιορίσουν τη δομή και τη σύνθεσή του στην υπόγεια επιφάνεια. Ως έχει, αποστολές όπως το Εσωτερική εξερεύνηση με χρήση σεισμικών ερευνών, γεωδαισίας και μεταφοράς θερμότητας Το (InSight) lander – το οποίο έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί το 2018 – προορίζεται να παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη σεισμολογία, τη θερμοκρασία και το ιστορικό σχηματισμού του.
Με τη χρήση δικτύων ηλεκτρομαγνητικών αισθητήρων όπως τα μαγνητόμετρα, τέτοιες αποστολές θα μπορούσαν να αυξηθούν επιτρέποντας πιο εις βάθος μελέτες της εσωτερικής δομής ενός πλανήτη. Επιπλέον, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό πραγμάτων όπως υδροφορείς, που θα βοηθούσαν στην αναζήτηση για ζωή στον Άρη και θα εντόπιζαν τους πόρους που απαιτούνται για την ανθρώπινη εξερεύνηση, ακόμη και τον αποικισμό.
Παρόμοιες αποστολές θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν στην Αφροδίτη και τον Ερμή, αποκαλύπτοντας έτσι πώς δημιουργήθηκαν όλοι οι επίγειοι πλανήτες στο Ηλιακό Σύστημα, τι κοινό έχουν και τι τους ξεχωρίζει.
Εναέριες Γεωμαγνητικές Έρευνες:
Με την τοποθέτηση μαγνητομέτρων σε εναέριες πλατφόρμες, όπως ανεμόπτερα ή μπαλόνια, θα μπορούσε να γίνει λεπτομερής γεωφυσικός χαρακτηρισμός των πλανητικών επιφανειών. Αυτό θα επέτρεπε στις μελλοντικές αποστολές να εξερευνήσουν τη γεωφυσική ιστορία των πλανητών σε σχέση με γεγονότα που άλλαξαν τη μαγνήτιση του φλοιού - π.χ. ηφαιστειότητα, τεκτονικές πλακών, κρατήρες κρούσης και πολλά άλλα.
Η ιδέα του καλλιτέχνη για το τετρακόπτερο Titan Aerial Daughter (TAD) και το μπαλόνι «Mothership» του. Πίστωση: NASA/STMD
Τέτοιες έρευνες χρησιμοποιούνται στη Γη συστηματικά για τον χαρακτηρισμό των υλικών στο κοντινό υπέδαφος ή για λόγους εξερεύνησης ορυκτών. Αλλά σε άλλους πλανήτες και φεγγάρια, θα μπορούσαν να βοηθήσουν να ρίξει φως σε μερικά από τα βαθύτερα μυστήρια, τα οποία περιλαμβάνουν το αν θα μπορούσαν να υποστηρίξουν ζωή ή όχι. Αυτό συμβαίνει ιδιαίτερα σε φεγγάρια όπως Ευρώπη , Γανυμήδης , Εγκέλαδος , και Τιτάν .
Επί του παρόντος, υπάρχουν προτάσεις για το εναέρια εξερεύνηση του Τιτάνα . Αυτά περιλαμβάνουν έννοιες όπως το Εναέριο όχημα για επιτόπια και αερομεταφερόμενη αναγνώριση Τιτάνων (AVIATR), το Titan Aerial Daughtercraft (TAD), και το « λιβελούλα '. Υπάρχει επίσης το Mars Helicopter 'Scout' , ένα όχημα που θα χρησιμοποιούσε δύο ομοαξονικές αντίθετα περιστρεφόμενες λεπίδες για να εξερευνήσει την ατμόσφαιρα του Άρη (και το οποίο αναμένεται να εκτοξευτεί ως μέρος του Μάρτιος 2020 αποστολή).
Πλανητικές μαγνητόσφαιρες:
Τα μαγνητόμετρα θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν στην επίλυση ορισμένων διαρκών μυστηρίων στη μελέτη των μαγνητοσφαιρών. Για παράδειγμα, οι πλανητικές μαγνητόσφαιρες είναι εξαιρετικά δυναμικές και μπορεί να είναι δύσκολο να γίνει διάκριση μεταξύ φαινομένων που εξαρτώνται από το χρόνο ή χωρικά - π.χ. μαγνητική επανασύνδεση, διαφυγή από δομές πλάσματος της ατμόσφαιρας και κύματα πλάσματος.
Με την ανάπτυξη πολλαπλών διαστημικών σκαφών μικρών ομάδων CubeSats εξοπλισμένων με μαγνητόμετρα (και φασματόμετρα πλάσματος), θα ήταν δυνατό να εξεταστεί πληρέστερα ο τρόπος με τον οποίο λειτουργούν οι πλανητικές μαγνητόσφαιρες. Τέτοιες αποστολές έχουν διεξαχθεί γύρω από τη Γη για χάρη της μέτρησης του μαγνητικού πεδίου της Γης, ως μέρος γεωλογικών ερευνών, και για τη μέτρηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ηλιακού ανέμου και της μαγνητόσφαιρας της Γης.
Το μαγνητικό πεδίο και τα ηλεκτρικά ρεύματα μέσα και γύρω από τη Γη δημιουργούν περίπλοκες δυνάμεις που έχουν αμέτρητο αντίκτυπο στην καθημερινή ζωή. Πίστωση: ESA/ATG medialab
Επιπλέον, έχουν πραγματοποιηθεί αποστολές σε άλλους πλανήτες που έκαναν χρήση μαγνητομέτρων. Ένα μαγνητόμετρο ροής τριών αξόνων ήταν μέρος του Mariner 2 και Mariner 10 αποστολές (οι οποίες εξερεύνησαν την Αφροδίτη και τον Ερμή), και το ΑΓΓΕΛΙΑΦΟΡΟΣ αποστολή στον Ερμή. Ένα μαγνητόμετρο διπλής τεχνικής ήταν επίσης μέρος του Cassini-Huygens αποστολή για εξερεύνηση του Κρόνου. Και οι επιστροφές σε αυτές τις αποστολές δείχνουν πώς οι μελλοντικές αποστολές θα μπορούσαν να είναι ίσης αξίας.
Γίγαντες του Πάγου:
Ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός είναι γνωστό ότι έχουν ισχυρές και μοναδικές μαγνητόσφαιρες, με δίπολα που έχουν έντονη κλίση σε σχέση με τους άξονες περιστροφής τους. Ωστόσο, δεν έχει καταβληθεί μεγάλη προσπάθεια για τη μελέτη τους και τον προσδιορισμό του γιατί συμβαίνει αυτό. Ως εκ τούτου, μια εμβληματική αποστολή που θα μπορούσε να εξερευνήσει και να μετρήσει τα πεδία τους χρησιμοποιώντας μαγνητόμετρα θα είχε μεγάλη επιστημονική αξία.
Ocean Worlds:
Η μελέτη της Ευρώπης, του Εγκέλαδου, του Τιτάνα και άλλων φεγγαριών είναι πιθανό να είναι ένα σημαντικό εγχείρημα τις επόμενες δεκαετίες. Στην πραγματικότητα, ήταν ένα σημαντικό θέμα στο Εργαστήριο Planetary Science Vision 2050 , το οποίο παρουσίαζε παρουσιάσεις από το Europa Lander Mission Concept Team και το Οδικοί χάρτες για τους ωκεανικούς κόσμους ομάδα (ROW). Αυτή η αποστολή θα είναι αφιερωμένη στην εύρεση εξωγήινης ζωής στο Ηλιακό μας Σύστημα και στην εκμάθηση περισσότερων για τον σχηματισμό της.
Και όπως έδειξε ο Espley, η μαγνητομετρία θα μπορούσε να παίξει βασικό ρόλο σε αυτές τις αποστολές. Για αρχή, θα επέτρεπαν σε αποστολές να μετρήσουν το βάθος και τη θέση των δυνητικά κατοικήσιμων ωκεανών που είναι γνωστό (ή υποψιαζόμαστε) ότι έχουν αυτά τα φεγγάρια. Επιπλέον, μια τέτοια αποστολή στον Γανυμήδη θα μπορούσε να βοηθήσει στον χαρακτηρισμό του μαγνητικού του πεδίου, το οποίο θα είχε τεράστια επιστημονική αξία, δεδομένου ότι είναι ο μόνος γίγαντας χωρίς αέριο εκτός από τη Γη που είναι γνωστό ότι έχει.
Ένα μοντάζ μερικών από τους «κόσμους των ωκεανών» στο Ηλιακό μας Σύστημα. Από πάνω προς τα κάτω, από αριστερά προς τα δεξιά, αυτά περιλαμβάνουν την Ευρώπη, τον Εγκέλαδο, τον Τιτάν και τη Δήμητρα. Πίστωση: NASA/JPL
Ενώ τέτοιες αποστολές εξετάζονται ήδη για την Ευρώπη, ο Τιτάν είναι επίσης πιθανό να γίνει ερευνητικός προορισμός τις επόμενες δεκαετίες. Άλλοι «κόσμοι των ωκεανών» – όπως Τρίτων , Πλούτων, Δήμητρα και Η Διόνη – είναι επίσης πιθανό να ακολουθήσουν σύντομα. Και όπως εξήγησε ο Espley, τα οφέλη για την εξερεύνηση ξεπερνούν πολύ το Ηλιακό Σύστημα:
«Τα μαγνητόμετρα που χρησιμοποιούμε για τη μέτρηση των μαγνητικών πεδίων στο διάστημα είναι σχετικά ισχυρά, φθηνά και αξιόπιστα, ειδικά δεδομένης της μεγάλης ποικιλίας επιστημονικών ερωτημάτων που μπορούμε να αντιμετωπίσουμε με αυτά. Οποιαδήποτε αποστολή ηλιακού συστήματος που μπορεί να φιλοξενήσει ένα μαγνητόμετρο θα πρέπει να περιλαμβάνει ένα. Το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας για εξωπλανήτες επικεντρώνεται επί του παρόντος στην εξ αποστάσεως παρατήρηση αυτών των μακρινών κόσμων, ενώ το μεγαλύτερο μέρος της μαγνητομετρίας του Ηλιακού Συστήματος επικεντρώνεται σε μετρήσεις στο τοπικό περιβάλλον. Ωστόσο, καθώς καταλαβαίνουμε καλύτερα πώς λειτουργούν οι πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα, αυτό είναι ζωτικής σημασίας για την ερμηνεία του τι βλέπουμε σε άλλα ηλιακά συστήματα».
Το να μπορούμε να μελετήσουμε απευθείας τα μαγνητικά πεδία άλλων πλανητών είναι σίγουρα πολύ μακριά. Αλλά πολύ πριν μπορέσουμε να πραγματοποιήσουμε αποστολές σε άλλο σύστημα και να τις εξετάσουμε από κοντά, η μελέτη των πλανητικών μαγνητικών πεδίων θα μπορούσε να μας βοηθήσει να προσδιορίσουμε ποιοι από τους πολλούς εξωπλανήτες που έχουμε ανακαλύψει τα τελευταία χρόνια θα μπορούσαν να είναι κατοικήσιμοι. Αν μη τι άλλο, μπορεί να μειώσει τον χρόνο που αφιερώνουμε για την παρακολούθηση της έρευνας (όπως η αναζήτηση ραδιοφωνικά σήματα ).
Περαιτέρω ανάγνωση: USRA