早期的火星擁有一個類似地球的磁場，可以保護它不受太陽輻射的影響，並幫助它保持大氣層。但隨着火星地殼冷卻，其磁場減弱。現在，新的研究表明，這種稀薄的磁場可能比沒有磁場更糟糕。

行星磁場如何幫助火星保持大氣層是一個長期存在的問題，也是今天很難研究的問題。在太陽系的早期，太陽更明亮，使行星的輻射比今天更強烈。那時火星產生的磁場也比現在留下的稀薄磁場強。爲了在與今天截然不同的條件下研究逃逸的大氣，科學家們轉向了模擬。

發表在《地球物理研究：空間物理學》雜誌上的這項研究的合著者，Kanako Seki（東京大學）說：“相對效應一直存在爭議。一個全球磁場可以既是福，也是禍。它應該起到屏蔽的作用，阻止行星大氣和太陽輻射之間的大部分相互作用。但一些研究表明，弱磁場實際上增加了帶電粒子的損耗。

通過模擬，研究帶頭人酒田瑞彥（也在東京大學）和他們的同事們表明，一個弱磁場的行星從大氣中失去電離氧和二氧化碳的速度比一個強磁場的行星快100倍，比一個完全沒有磁保護的行星快6倍。

減弱的磁場，稀薄的空氣

火星的磁場在其年輕時就很活躍，它將來自太陽的帶電粒子所產生的太陽風壓推回。但隨着磁場的減弱，其壓力降低，使太陽風更容易進入大氣層。

被磁化的風折斷了行星磁場的線，在北方的黃昏或南方的黎明區域將它們向後吹。磁場在這些位置的凹痕稱爲尖點，是逃逸點，磁場線最近在那裏斷裂或合併。”在尖角處，太陽風很容易穿透，行星電離的大氣可以沿着開闊的磁力線逃逸尖點的形成可以增加大氣逃逸。”

根據模擬，在弱磁場的情況下，尖點變得更加突出。然後，當磁場完全消失時，根本就沒有尖點，減慢了帶電荷的氫和氧的逸出。

凱瑟琳·約翰遜（行星科學研究所）沒有參與這項研究，她指出，根據這項新的研究，當磁場比現在的地球磁場弱10倍左右時，就會發生保護大氣層和協助逃逸之間的過渡。”大多數對火星磁場的研究已經得出結論，古代磁場至少和地球磁場一樣強大，”約翰遜說。

然而，這項新的研究只關注磁場如何與大氣中帶電部分相互作用，先前的研究已經得出結論，離子逃逸在今天清除大氣中只起到了很小的作用。在過去，當太陽燃燒得越來越強烈和明亮時，它的作用仍然存在爭議。

“至少有一部分分歧來自於對早期太陽系歷史中大氣和太陽的不確定性，”MAVEN任務成員David Brain（科羅拉多大學博爾德分校）說哪些進程占主導地位尚不確定。”

不過，研究人員認爲，與強磁場相比，從弱磁場逸出的大氣數量的增加，足以產生影響。”離子損失率的兩個數量級變化對大氣逃逸有着至關重要的影響，”他們寫道。

從火星到系外行星

根據Brain的說法，新的模擬同時解決了兩個重要問題：有多少大氣從古代火星逸出，以及磁場如何影響逸出率。雖然以前的研究都是針對這些問題單獨進行的，但沒有一個結合起來解決這些問題。

布萊恩說：“這是第一個同時解決這兩個問題的（理論研究），因此爲今後的研究提供了一個重要的對比基準。”。

理解火星磁場的作用也會影響我們對系外行星可居住性的理解。雖然火星足夠小，引力足夠低，其他過程可能會主導大氣損失的過程，但布萊恩說，對於更大的地球大小的世界，“離子逃逸是城裏唯一的遊戲。”

“這項工作在更大的意義上是重要的，”Brain說，“因爲它暗示了磁場對所有行星的重要性，包括那些離子逃逸是唯一可行的逃逸過程的行星。”

由此可見，磁場對大氣層起到了至關重要的作用，一旦失去平衡，將給我們的地球帶了巨大的災難，因此時刻關注磁場，是人類必須要做好的工作。