Ny forskning avslöjar den dynamiska kampen mellan Mars atmosfär och solvinden / New research unveils the dynamic battle between Mars atmosphere and the solar wind
I sin doktorsavhandling utforskar Qi Zhang växelverkan mellan Mars och strömmen av laddade partiklar från solen, solvinden. Hennes forskning ger nya insikter om hur Mars atmosfär har utvecklats över tid.
Till skillnad från jorden saknar Mars ett globalt magnetfält och interagerar direkt med solvinden. Under miljarder av år har denna interaktion inneburit att Mars förlorat stora delar av sin atmosfär. Från att ha varit en varm planet med vatten är Mars en kall planet med ett torrt landskap.
Qi:s forskning introducerar ett banbrytande tillvägagångssätt för att studera denna process, med fokus på flykten av tunga joner från Mars.
Genom att kombinera data från Mars-satelliter med avancerade datormodeller avslöjar hennes avhandling hur solaktivitet – genom solstrålning och solvinden – påverkar hur fort förlusten sker av Mars atmosfär.
“Min metod tillåter oss att uppskatta hur mycket av Mars atmosfär som går förlorad till rymden under olika förhållanden och bidrar till att vi bättre förstår de krafter som driver denna process. Detta är avgörande för att förstå planetens historia och förutsäga dess framtid,” säger Qi.
En av Qi:s nyckelupptäckter är konceptet med en degenererad inducerad magnetosfär – ett tillstånd där extrema solvindförhållanden orsakar att solvinden växelverkar direkt med planetens atmosfär vilket innebär en ökad förlust av Mars atmosfär. Dessa fynd öppnar upp för en bredare forskning inom planetvetenskap, inklusive planeter bortom vårt solsystem, och dess växelverkan med de strömmar som kommer från stjärnor, så kallade stjärnvindar.
Qi:s studier fördjupar inte bara vår förståelse av Mars utan bidrar även till nytta för framtida utforskning av Mars.
Hennes forskning är baserad på datormodeller och observationer från vetenskapliga instrument, som IRF:s Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms (ASPERA-3), ombord på ESA:s rymdfarkost Mars Express och NASA:s rymdfarkost MAVEN, som båda kretsar runt Mars.
Qi Zhang, född i Kina, disputerar fredag den 7 mars i aulan vid IRF i Kiruna med sin doktorsavhandling ”Modellering the effects of solar conditions on the interaction of the solar wind with Mars”. Opponent är Dr Michael Chaffin från University of Colorado Boulder i USA.
Länk till avhandlingen:
https://umu.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A1934828&dswid=3479
Kontakt:
Qi Zhang, doktorand, Institutet för rymdfysik (IRF) och Umeå universitet
qizhang@irf.se, +46 76 846 6670
*** English ***
In her doctoral thesis, Qi Zhang explores the interaction between Mars and the stream of charged particles from the Sun, the solar wind. Her research provides new insights for understanding how the atmosphere of Mars have evolved over time.
Unlike Earth, Mars lacks a global magnetic field and interacts with the solar wind directly. Over billions of years, this interaction has stripped much of the Martian atmosphere, transforming the planet from a warm, wet world into the cold, arid landscape we see today.
Qi’s research introduces a groundbreaking approach to study this process, focusing on the escape of heavy ions from Mars.
By combining data from Mars satellites with advanced computer models, the study unveils how solar activity – such as solar radiation, solar dynamic pressure and interplanetary magnetic field – affects the atmospheric escape rate.
“My method allows us to estimate how much of Mars’ atmosphere is being lost to space under different conditions and understand the forces driving this process. This is crucial for piecing together the planet’s history and predicting its future,” says Qi.
One of Qi’s key discoveries is the concept of a degenerate induced magnetosphere – a state in which extreme solar wind conditions trigger a unique interaction feature and a surge in atmospheric escape. These findings have broader implications for planetary science, including the study of exoplanets and their interactions with stellar winds.
Qi’s studies not only deepen our understanding of Mars but also have practical implications for future exploration.
Her research is based on computer models and observations from scientific instruments, as IRF’s Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms (ASPERA-3), onboard the ESA spacecraft Mars Express and NASA’s spacecraft MAVEN, both of which orbit around Mars.
Qi Zhang, born in China, defends her PhD thesis “Modeling the effects of solar conditions on the interaction of the solar wind with Mars” on Friday the 7th of March 2025 in the auditorium at IRF in Kiruna. The faculty opponent is Dr Michael Chaffin from the University of Colorado Boulder in the USA.
Link to the thesis:
https://umu.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A1934828&dswid=3479
Contact:
Qi Zhang, PhD, Swedish Institute of Space Physics (IRF) and Umeå University
qizhang@irf.se, +46 76 846 6670