Новое исследование в области планетарной науки демонстрирует, что Марс не только ветреный и пыльный, но и электрически активный. Серия лабораторных экспериментов и данные с марсохода Perseverance указывают на то, что пылевые вихри и пылевые бури на Красной планете способны генерировать электрические разряды — явление, долгое время теоретически предсказываемое, но получившее первое прямое подтверждение в научных наблюдениях. Такой вывод имеет важные последствия для понимания химии атмосферы Марса, формирования минералов на поверхности и планирования будущих миссий.
Физика марсианских электрических разрядов
На Марсе ветер практически постоянно поднимает тонкие частицы пыли. Когда частицы сталкиваются и трутся друг о друга в вихрях или фронтах пылевых бурь, они способны накапливать электрический заряд благодаря трибоэлектрическому эффекту — механизму, знакомому по статическому электричеству на Земле. При достаточном накоплении зарядов возникает электростатический разряд (electrostatic discharge, ESD) в виде короткой искры.
В лабораторных условиях исследовательская команда под руководством планетного ученого Алиан Ванга моделировала марсианскую среду с помощью специальных камер PEACh и SCHILGAR, воссоздавая сочетание низкого давления, пылевого воздуха и трения частиц. Там они изучили продукты реакций, вызванных электрическими разрядами, включая образование изменённых химических видов, таких как летучие соединения хлора, активированные оксиды, карбонаты и (пер)хлораты.
Микрофон Perseverance зафиксировал разряды
Значение экспериментальных выводов подтвердилось наблюдениями марсохода NASA Perseverance, работающего в кратере Jezero с 2021 года. Инструмент SuperCam, оснащённый уникальным микрофоном для марсианских условий, зафиксировал 55 отдельных сигналов электрических разрядов во время прохождения пылевых вихрей и участков пылевых бурь над аппаратом. Эти сигналы включали как электромагнитные помехи, так и акустические шумы, связанные с разрядом электричества между частицами пыли.
Подобные явления на Марсе не представляют собой молний в привычном земном понимании (с гигантскими вспышками), а скорее мини-искорки или кратковременные разряды на уровне нескольких сантиметров — например, подобные тем, что возникают при статическом электричестве на Земле при контакте с дверной ручкой в сухую погоду.
Механизм возникновения электричества в марсианской пыли
Пылевые вихри, известные как dust devils, и пылевые фронты бурь образуются из-за разницы температур между поверхностью и атмосферой Марса, заставляя воздух подниматься, вращаться и затягивать пыль. В процессе трения и разделения мельчайших частиц в таких вихрях возникает электрическое поле. Поверхностная атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа, а давление у поверхности намного ниже, чем на Земле, что снижает энергию, необходимую для возникновения электрических разрядов. Это делает электростатические явления более вероятными, чем на нашей планете.
Исследования также отмечают, что такие разряды могут возникать преимущественно не в плотных частях пыли, а в турбулентных зонах, где поднимается и вращается воздух вместе с пылью; это согласуется с наблюдаемыми сигналами, зарегистрированными Perseverance.
Химические и климатические последствия
Электрические разряды на Марсе не только интересны сами по себе, но и могут существенно влиять на химический состав атмосферы и поверхности планеты. Электрические поля и разряды способны ускорять образование окисленных соединений, таких как (пер)хлораты — высокоокисленные соли, уже обнаруженные на марсианской поверхности. Эти соединения считаются особенно реакционноспособными и способны разрушать некоторые органические молекулы, что влияет на интерпретацию поисков следов древней жизни.
Кроме того, наличие электрических разрядов может быть фактором, который помогает объяснить изменчивость содержания атмосферных газов, таких как метан, скорость его разрушения и перераспределения.
Значение открытия для будущих миссий
Подтверждённые электрические разряды на Марсе заставляют учёных учитывать новые факторы при планировании роботизированных и потенциально пилотируемых миссий. Выработка электрических зарядов и возникающие разряды могут:
- влиять на электронные компоненты и чувствительное оборудование марсоходов и станций,
- создавать помехи для систем связи,
- стать фактором риска для чувствительных систем жизнеобеспечения в будущих пилотируемых миссиях.
Понимание условий, при которых возникают электрические разряды, поможет проектировать более устойчивые системы, устойчивые к трибоэлектрическим эффектам и способные работать в изменчивой марсианской среде.
Влияние на понимание истории Марса
Работа по моделированию марсианских электрических явлений не только объясняет текущие атмосферные процессы, но и помогает реконструировать геохимическую историю планеты, особенно в отношении циклов хлора, образования карбонатов и распределения минералов. Изотопные подписи, остающиеся в результате этих процессов, могут служить «химическими отпечатками» древних условий, когда Марс был более тёплым или влажным.
Заключение
Подтверждение наличия электрических разрядов на Марсе — это важный шаг в изучении атмосферы и климатических процессов Красной планеты. Это открытие изменяет представления о марсианской пылевой активности, её влиянии на химические процессы в атмосфере и поверхности, а также подчёркивает необходимость учитывать электростатические эффекты при подготовке к будущим миссиям.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
