Procesos de escape iónico en el sistema solar y más allá

Entender la evolución de las atmósferas planetarias, y particularmente la evolución de su composición y eventual habitabilidad, es un gran desafío. La evolución de una atmósfera se ve impulsada por sus interacciones con la superficie y el interior del planeta, la afluencia desde el espacio (por ejemplo, meteoritos) y el escape atmosférico hacia el espacio en forma de átomos/moléculas neutros o ionizados, ascendiendo desde la atmósfera y escapando al espacio. Para un planeta como la Tierra, el escape atmosférico en forma de neutros concierne esencialmente al hidrógeno, mientras que especies más pesadas, como oxígeno y nitrógeno, que constituyen el 99% de la masa de la atmósfera terrestre, necesitan ser aceleradas como iones para alcanzar velocidades de escape. Los iones que fluyen desde la ionosfera son sucesivamente acelerados a través de una serie de mecanismos de energización y pueden eventualmente alcanzar velocidades por encima de la velocidad de escape gravitacional. Misiones como Cluster, MAVEN y Cassini y los esfuerzos de modelado asociados han avanzado nuestra comprensión de la aceleración de iones, la circulación en la magnetosfera y los mecanismos de escape que operan en diferentes objetos planetarios de nuestro sistema solar, magnetizados o no magnetizados. Sin embargo, quedan abiertas varias preguntas, como: (i) ¿Cuál es la composición exacta de las poblaciones que escapan y cómo cambia en respuesta a las diferentes condiciones de conducción? ¿Cómo afecta esto a la evolución a largo plazo de la composición de una atmósfera planetaria y su habitabilidad? (ii) ¿Cuál es el grado exacto de recirculación de plasma para cada especie iónica, después de haber dejado la ionosfera, frente al escape directo o indirecto, y cuál es su dependencia de las condiciones de actividad solar y geomagnética? (iii) ¿Cuál es el efecto de un campo magnético planetario sobre los diferentes mecanismos de escape, particularmente en vista del efecto conjugado de diferentes tamaños de magnetosfera / presión dinámica del viento solar / altitud de exobase / irradiancia solar? (iv) El descubrimiento en años recientes de un gran número de exoplanetas, varios de ellos en la zona "habitable", plantea la cuestión de los mecanismos de escape atmosférico que operan en estos entornos. ¿Podrían los exoplanetas que orbitan estrellas K-M activas experimentar un escape atmosférico masivo, eliminando los componentes de agua de sus atmósferas bajo irradiación XUV y volviéndolos inhabitable en unas pocas decenas a cientos de Myr, como sugieren algunos modelos?