波士顿大学领导的一项新研究发表在《科学进展》（Science Advances）上，表明这种大气损失可能类似于风吹过水面。在地球上，风吹过水体可以产生起伏的波浪和旋转的涡流。在火星上，太阳风似乎通过“搅动”上层大气的外边界产生了类似的效果。
这种相互作用产生了被称为开尔文-亥姆霍兹波的巨大边界波。
第一作者张驰（Chi Zhang）是波士顿大学空间物理中心的一名研究科学家，该中心由波士顿大学文理学院和工程学院合作共建。他与同事合作分析了来自MAVEN和天问一号任务的数据。天问一号在到达火星之前测量了入射太阳风，而MAVEN则追踪了火星附近逃逸的大气离子。
通过结合这两组观测结果，研究人员能够直接将变化的太阳风条件与火星大气粒子逃逸至太空的运动进行比较。
两艘航天器揭示大气逃逸
上层大气中的巨大等离子体云可以产生研究人员所称的大气离子“整体逃逸”现象。科学家此前曾针对这些云层的形成提出了几种可能的解释，但由于直接证据有限，其起源仍不确定。
一个主要障碍是，单一航天器无法在测量靠近火星逃逸的大气离子的同时，观测火星上游未受干扰的太阳风。
在早先发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的一项研究中，张驰及其同事表明，MAVEN和天问一号的同步测量可以将入射太阳风的变化与火星周围的环境条件联系起来。这项发表在《科学进展》上的新研究建立在该工作基础之上，并确定了开尔文-亥姆霍兹波是导致大气离子损失的重要机制。
研究人员发现了确凿证据，表明这些波产生了与大气逃逸相关的巨大等离子体云。他们还发现，这一过程在火星周围的分布并不均匀。
“相反，这种现象主要出现在行星的一侧，具体取决于太阳风电场的方向，”张驰说道。
这些发现揭示了开尔文-亥姆霍兹波与火星大气离子逃逸增加之间的直接联系。
测量耗尽火星大气的波
“未来的研究将致力于确定有利于开尔文-亥姆霍兹波形成和增长的条件，并量化其对火星大气逃逸的贡献，”张驰指出。
回答这些问题需要更多的航天器测量数据和先进的计算机模拟。MAVEN任务目前正进入收尾阶段，但研究人员预计未来的任务将延续其工作。
“其丰富的科学遗产将由NASA的ESCAPADE任务加以补充，该任务已经发射，将为研究火星上太阳风驱动的大气损失提供一个重要的新契机，”张驰说道。
“我们想知道这些波最可能在何时形成、如何演化，以及它们驱动大气逃逸的强度有多大，”波士顿大学空间物理中心成员、文理学院天文学助理教授董川飞（Chuanfei Dong）说道。“这一过程也可能发生在其他缺乏强磁场的行星上，包括一些系外行星。”
火星宜居性丧失的线索
理解大气逃逸有助于解释火星在其历史上经历的剧烈转变。
“火星被认为曾经具有潜在的宜居性，拥有较浓厚的大气和表面液态水。理解它如何演变成我们今天所看到的寒冷、干燥的行星，对于理解行星环境如何随时间演化至关重要，”张驰说道。