早期的火星拥有一个类似地球的磁场，可以保护它不受太阳辐射的影响，并帮助它保持大气层。但随着火星地壳冷却，其磁场减弱。现在，新的研究表明，这种稀薄的磁场可能比没有磁场更糟糕。

行星磁场如何帮助火星保持大气层是一个长期存在的问题，也是今天很难研究的问题。在太阳系的早期，太阳更明亮，使行星的辐射比今天更强烈。那时火星产生的磁场也比现在留下的稀薄磁场强。为了在与今天截然不同的条件下研究逃逸的大气，科学家们转向了模拟。

发表在《地球物理研究：空间物理学》杂志上的这项研究的合著者，Kanako Seki（东京大学）说：“相对效应一直存在争议。一个全球磁场可以既是福，也是祸。它应该起到屏蔽的作用，阻止行星大气和太阳辐射之间的大部分相互作用。但一些研究表明，弱磁场实际上增加了带电粒子的损耗。

通过模拟，研究带头人酒田瑞彦（也在东京大学）和他们的同事们表明，一个弱磁场的行星从大气中失去电离氧和二氧化碳的速度比一个强磁场的行星快100倍，比一个完全没有磁保护的行星快6倍。

减弱的磁场，稀薄的空气

火星的磁场在其年轻时就很活跃，它将来自太阳的带电粒子所产生的太阳风压推回。但随着磁场的减弱，其压力降低，使太阳风更容易进入大气层。

被磁化的风折断了行星磁场的线，在北方的黄昏或南方的黎明区域将它们向后吹。磁场在这些位置的凹痕称为尖点，是逃逸点，磁场线最近在那里断裂或合并。”在尖角处，太阳风很容易穿透，行星电离的大气可以沿着开阔的磁力线逃逸尖点的形成可以增加大气逃逸。”

根据模拟，在弱磁场的情况下，尖点变得更加突出。然后，当磁场完全消失时，根本就没有尖点，减慢了带电荷的氢和氧的逸出。

凯瑟琳·约翰逊（行星科学研究所）没有参与这项研究，她指出，根据这项新的研究，当磁场比现在的地球磁场弱10倍左右时，就会发生保护大气层和协助逃逸之间的过渡。”大多数对火星磁场的研究已经得出结论，古代磁场至少和地球磁场一样强大，”约翰逊说。

然而，这项新的研究只关注磁场如何与大气中带电部分相互作用，先前的研究已经得出结论，离子逃逸在今天清除大气中只起到了很小的作用。在过去，当太阳燃烧得越来越强烈和明亮时，它的作用仍然存在争议。

“至少有一部分分歧来自于对早期太阳系历史中大气和太阳的不确定性，”MAVEN任务成员David Brain（科罗拉多大学博尔德分校）说哪些进程占主导地位尚不确定。”

不过，研究人员认为，与强磁场相比，从弱磁场逸出的大气数量的增加，足以产生影响。”离子损失率的两个数量级变化对大气逃逸有着至关重要的影响，”他们写道。

从火星到系外行星

根据Brain的说法，新的模拟同时解决了两个重要问题：有多少大气从古代火星逸出，以及磁场如何影响逸出率。虽然以前的研究都是针对这些问题单独进行的，但没有一个结合起来解决这些问题。

布莱恩说：“这是第一个同时解决这两个问题的（理论研究），因此为今后的研究提供了一个重要的对比基准。”。

理解火星磁场的作用也会影响我们对系外行星可居住性的理解。虽然火星足够小，引力足够低，其他过程可能会主导大气损失的过程，但布莱恩说，对于更大的地球大小的世界，“离子逃逸是城里唯一的游戏。”

“这项工作在更大的意义上是重要的，”Brain说，“因为它暗示了磁场对所有行星的重要性，包括那些离子逃逸是唯一可行的逃逸过程的行星。”

由此可见，磁场对大气层起到了至关重要的作用，一旦失去平衡，将给我们的地球带了巨大的灾难，因此时刻关注磁场，是人类必须要做好的工作。