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Non-thermal water loss of the early Mars: 3D multi-ion hybrid simulations

Boesswetter, A. und Lammer, H. und Kulikov, Y. und Motschmann, U. und Simon, S. (2010) Non-thermal water loss of the early Mars: 3D multi-ion hybrid simulations. Planetary and Space Science, 58, Seiten 2031-2043. Elsevier. doi: 10.1016/j.pss.2010.10.003.

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Kurzfassung

In this study we analyze the non-thermal loss rates of O+, O2+ and CO2+ ions over the last 4.5 billion years (Gyr) in the Martian history by using a 3D hybrid model. For this reason we derived the past solar wind conditions in detail. We take into account the intensified particle flux of the early Sun as well as an Martian atmosphere, which was exposed to a sun's extreme ultraviolet (EUV) radiation flux 4.5 Gyr ago that was 100 times stronger than today. Furthermore, we model the evolution of the interplanetary magnetic field by a Weber & Davis solar wind model. The ‘external’ influences of the Sun's radiation flux and solar wind flux lead to the formation of an ionospheric obstacle by photoionization, charge exchange and electron impact. For the early Martian conditions we could show that charge exchange was the dominant ionization mechanism. Several hybrid simulations for different stages in the evolution of the Martian atmosphere, at 1, 2, 5, 10, 30 and 100 EUV, were performed to analyze the non-thermal escape processes by ion pick-up, momentum transfer from the solar wind to the ionosphere and detached ionospheric plasma clouds. Our results show a non-linear evolution of the loss rates. Using mean solar wind parameters the simulations result in an oxygen loss equivalent to the depth of a global Martian ocean of about 2.6 m over the last 4.5 Gyr. The induced magnetic field strength could be increased up to about 2000 nT. A simulation run with high solar wind density results in an oxygen loss of a Martian ocean up to 205 m depth during 150 million years after the sun reached the zero age mean sequence (ZAMS).

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/68496/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Non-thermal water loss of the early Mars: 3D multi-ion hybrid simulations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Boesswetter, A.Institute for Theoretical Physics, Technical Univerity of Braunschweig, Mendelssohnstr. 3, D-38106 Braunschweig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lammer, H.Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Schmiedlstr. 6, A-8042 Graz, AustriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kulikov, Y.Polar Geophysical Institute, Russian Academy of Sciences, Khalturina Str. 15, Murmansk 183010, Russian FederationNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Motschmann, U.Institute for Theoretical Physics, Technical Univerity of Braunschweig, Mendelssohnstr. 3, D-38106 Braunschweig, Germany; uwe.motschmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Simon, S.Institute for Geophysics, University of Cologne, Zulpicher Strasse 49a, D-50923 Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2010
Erschienen in:Planetary and Space Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:58
DOI:10.1016/j.pss.2010.10.003
Seitenbereich:Seiten 2031-2043
Verlag:Elsevier
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mars; Solar wind interaction with unmagnetised bodies; Numerical simulation studies; Ionisation mechanism; Solar wind plasma
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HGF - Programm:Weltraum (alt)
HGF - Programmthema:W EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Weltraum
DLR - Forschungsgebiet:W EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):W - Vorhaben Planetenforschung (alt)
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung
Hinterlegt von: Brumm, Laura-Maria
Hinterlegt am:20 Jan 2011 12:38
Letzte Änderung:26 Mär 2013 13:26

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