|
Глобальное влияние электричества на пыльные бури Марса
|
|
|
|
Марс печально известен своими интенсивными пылевыми бурями, некоторые из которых поднимают достаточно пыли, чтобы их можно было увидеть в телескопы на Земле. Когда частицы пыли трутся друг о друга, как это происходит во время марсианских пыльных бурь, они могут электризоваться, перенося положительный и отрицательный электрический заряд точно так же, как вы накапливаете статическое электричество, если шаркаете по ковру. Сильные электрические поля возникают во время пыльных бурь на Земле, поэтому неудивительно, что то же самое происходит и на Марсе. Но что происходит дальше? Вероятно, это не внезапная вспышка молнии, как можно было бы ожидать на Земле.
|
|
|
|
Вместо этого планетолог Алиан Ван из Вашингтонского университета в Сент-Луисе считает, что электрический разряд на Марсе, вероятно, больше похож на слабое свечение. (Ни один из марсианских посадочных модулей, марсоходов или других миссий не запечатлел его реальную картину.) «Это может быть чем-то вроде полярных сияний на Земле, где энергичные электроны сталкиваются с разбавленными атмосферными частицами», — сказал Ван, профессор-исследователь в области наук о Земле и планетах в Arts & Sciences. Кричащая или нет, эта марсианская «фальшивая рора» по-прежнему обладает мощным ударом. Новое исследование Вана, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, показывает, что электричество во время пыльных бурь может быть главной движущей силой марсианского цикла хлора.
|
|
|
В качестве фона ученые считают хлор одним из пяти элементов, «подвижных» на Марсе (остальные — водород, кислород, углерод и сера). Это означает, что хлор в различных формах перемещается между поверхностью и атмосферой Марса. На земле широко распространены отложения хлоридов, похожие на соленые пляжи или мелкие солончаки на Земле. Эти отложения хлоридов, вероятно, образовались в ранней истории Марса в виде осажденных хлоридных солей из рассола. В новом исследовании Ван показывает, что одним из наиболее эффективных способов переноса хлора из земли в воздух на Марсе являются реакции, вызванные электрическим разрядом, возникающим в результате активности марсианской пыли.
|
|
|
|
Ван и ее сотрудники провели серию экспериментов, в ходе которых получили высокие выходы газообразного хлора из обычных хлоридов — и все это путем уничтожения твердых солей электрическим разрядом в условиях, подобных марсианским. Они провели эти эксперименты, используя планетарную камеру моделирования в Вашингтонском университете (называемую Планетарной камерой анализа окружающей среды или PEACh). «Высокая скорость выделения хлора из обычных хлоридов, обнаруженная в этом исследовании, указывает на многообещающий путь преобразования поверхностных хлоридов в газовые фазы, которые мы сейчас наблюдаем в атмосфере», — сказал Кевин Олсен, научный сотрудник Открытого университета. Соединенное Королевство и соавтор нового исследования. «Эти результаты подтверждают, что активность марсианской пыли может управлять глобальным циклом хлора. С орбитальным аппаратом ExoMars Trace Gas мы наблюдаем повторяющуюся сезонную активность, которая совпадает с глобальными и региональными пыльными бурями», — сказал он.
|
|
|
|
«Электрификация трением является обычным процессом в нашей Солнечной системе, а деятельность марсианской пыли, как известно, является мощным источником накопления электрического заряда», — сказал Ван, который является научным сотрудником Центра космических наук Макдоннелла при университете. «Разреженная атмосфера на Марсе значительно облегчает разрушение накопленных электрических полей в виде электростатического разряда. Фактически, на Марсе это в сто раз проще, чем на Земле». Ученые, участвовавшие в миссии «Викинг», приземлившейся на Марсе в 1970-х годах, впервые предположили, что пыльные бури могут быть источником новой реактивной химии на красной планете.
|
|
|
|
Однако химические эффекты активности пыли было трудно изучить. Некоторые возможности миссии, такие как EDM ExoMars Schiaparelli, запущенный в 2016 году, закончились неудачей. Ученые обратились к моделям и экспериментальным исследованиям. В последние годы Ван и другие ученые опубликовали исследование, которое показывает, что когда электростатический разряд взаимодействует с солями хлора в марсианской среде, богатой углекислым газом, он может генерировать перхлораты и карбонаты, а также выделять хлор в виде газа. Но это новое исследование является первой попыткой количественно определить, сколько этих химических продуктов на самом деле производится во время пыльных бурь.
|
|
|
|
«Скорость реакции огромна», — сказал Ван. «Важно, что высвобождение хлора в процессе кратковременного электростатического разряда средней силы находится на процентном уровне». Это означает, что во время семичасового эксперимента по моделированию электростатического разряда по крайней мере одна из каждых 100 молекул хлорида разлагается, а затем высвобождает свой атом хлора в атмосферу. По словам Вана, аналогичные, но немного более низкие скорости образования карбонатов и перхлоратов составляют доли процента и тысячи единиц. Эти высокие результаты заставляют Ван и ее команду полагать, что активность марсианской пыли может быть связана с тремя глобальными явлениями, недавно обнаруженными в ходе миссий на Марс.
|
|
|
|
По ее словам, электрический разряд может быть связан с чрезвычайно высокой концентрацией перхлоратов и карбонатов в глобальном масштабе в марсианском верхнем слое почвы. В количественном отношении верхний предел наблюдаемых диапазонов концентраций может быть накоплен электрическим разрядом, вызванным пыльными бурями, менее чем за половину амазонского периода, самого последнего периода истории Марса, который, как считается, начался около 3 миллиардов лет назад. Кроме того, высокий выход атомов хлора, высвобождаемых из хлоридов, может объяснять высокие концентрации хлороводорода, наблюдаемые в марсианской атмосфере в пылевые сезоны 2018 и 2019 годов, если предположить, что марсианская поверхностная пыль толщиной от 1 до 10 см будет поднята Глобальная пыльная буря. «Ни один другой процесс, о котором мы знаем, не может этого сделать, — сказал Ван, — особенно с таким количественно высоким выходом выделения хлора».
|
|
|
|
Источник
|
