|
Прояснили процесс формирования марсианских бурь
|
|
|
|
Международная группа исследователей из Института космических исследований РАН, МФТИ и Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН провела уникальный эксперимент в калмыцкой степи, раскрыв механизмы возникновения электричества в пылевых бурях. Ученым удалось зафиксировать и проанализировать электромагнитные всплески, возникающие при движении песка и пыли, используя аппаратуру, созданную для работы на Марсе. Результаты этой работы не только помогают лучше понять климатические процессы на Земле, но и имеют критическое значение для безопасности будущих марсианских миссий, где мощные электрические поля могут представлять угрозу для электроники и астронавтов.
|
|
|
|
Пыль в атмосфере — не просто пассивный загрязнитель воздуха, мешающий дышать и ухудшающий видимость. В засушливых регионах Земли и на других планетах мельчайшие частицы грунта становятся активными участниками сложных физических процессов. Когда ветер поднимает тучи песка, миллиарды песчинок сталкиваются друг с другом, обмениваясь электронами. Этот процесс, известный как трибоэлектризация, превращает обычную пылевую бурю в гигантский генератор статического электричества.
|
|
|
|
На Земле мы редко замечаем это явление в обыденной жизни, но в масштабах планеты оно влияет на формирование облаков и перенос аэрозолей. На Марсе же, где атмосфера разрежена и предельно суха, глобальные пылевые бури могут охватывать всю планету, создавая мощные электрические поля, природу которых ученым еще только предстоит до конца разгадать.
|
|
|
|
|
|
|
Изучение этих процессов долго ограничивалось лабораторными экспериментами или теоретическими моделями, которые не могли в полной мере воспроизвести хаос реальной пустыни. Чтобы заполнить этот пробел, научный коллектив отправился в Республику Калмыкию — регион, чьи засушливые степи и песчаные массивы по своим условиям удивительно напоминают марсианские ландшафты. Главной целью экспедиции стала проверка гипотез о том, как именно метеорологические условия — ветер, температура и, главное, влажность — влияют на рождение электромагнитных импульсов в облаках пыли. Исследование опубликовано в журнале Theoretical and Applied Climatology.
|
|
|
|
Ключевым инструментом в этом исследовании стал приборный «Пылевой комплекс», разработанный в ИКИ РАН. Эта научная аппаратура создавалась для посадочной платформы проекта «Экзомарс-2022». Миссия не состоялась, но уникальные приборы нашли применение на Земле. Комплекс, включающий датчики ударов, сенсоры электрического поля и высокочувствительный электромагнитный анализатор, был установлен в пустыне для «прослушивания» электрического пульса песков. Ученые проводили измерения в условиях умеренного ветра и сильной жары, когда температура поверхности достигала 50 градусов Цельсия, создавая идеальные условия для подъема пыли.
|
|
|
|
В ходе эксперимента исследователи обнаружили четкую взаимосвязь между погодными условиями и электромагнитной активностью. Выяснилось, что ключевой триггер для возникновения электрических разрядов — влажность воздуха. Когда относительная влажность падала ниже 30%, приборы начинали регистрировать резкий рост числа и интенсивности электромагнитных всплесков — коротких импульсов длительностью всего несколько микросекунд. Это свидетельствует о том, что в сухом воздухе процесс накопления заряда на частицах идет гораздо эффективнее, так как влага не успевает «стекать» с поверхности песчинок, позволяя им накапливать критический потенциал до момента микроразряда.
|
|
|
|
Данные показывают, что помимо классического трения частиц друг о друга важную роль играет так называемый баллоэлектрический эффект — явление, при котором заряд генерируется в процессе испарения микроскопических капель воды с поверхности песчинок.
|
|
|
|
Исследователи не просто фиксировали наличие электричества, но и разделили сигналы на типы. Были выделены высокочастотные импульсы (выше 300 килогерц), которые возникают в результате быстрых микроразрядов между заряженными частицами пыли, и низкочастотные пульсации, связанные с турбулентным движением воздуха. Анализ формы волны показал характерный паттерн: резкий пик, за которым следует фаза резонанса, что говорит о стабильном и повторяющемся характере разрядов, а не о случайном шуме. Это похоже на своего рода микромолнии, невидимые глазу, но отчетливо слышимые радиоаппаратурой.
|
|
|
|
Особый интерес представляет обнаруженная связь с солнечной радиацией. Пик электромагнитной активности приходился на дневные часы и коррелировал с максимумом солнечного излучения. Солнце нагревает поверхность, усиливая конвекцию: теплый воздух поднимается вверх, увлекая за собой пыль и закручивая ее в вихри. Это увеличивает частоту столкновений частиц и, как следствие, интенсивность электризации. Ночью же, когда турбулентность спадает, «электрический голос» пустыни затихает.
|
|
|
|
Марс — планета пыли. Понимание того, как именно заряжаются частицы марсианского грунта и какие электромагнитные помехи они создают, жизненно необходимо для проектирования будущих марсоходов и пилотируемых баз. Статическое электричество может выводить из строя электронику, ухудшать радиосвязь и даже представлять опасность для скафандров астронавтов.
|
|
|
|
Абделаал Мохамад Эссам Сайед, аспирант МФТИ, сотрудник отдела физики планет ИКИ РАН рассказал: «Наши результаты служат отличным аналогом для марсианских условий. Хотя на Красной планете давление ниже и состав атмосферы иной, физика контактной электризации остается схожей. Изучая эти процессы в земных пустынях с помощью приборов космического класса, мы фактически проводим генеральную репетицию исследований, которые однажды будут проведены на поверхности Марса».
|
|
|
|
Научная группа планирует расширить географию и условия экспериментов, а также провести лабораторное моделирование, чтобы изолировать влияние отдельных факторов, таких как минеральный состав пыли. Это позволит создать исчерпывающую модель поведения заряженной пыли, применимую как для земных пустынь, так и для инопланетных миров. Работа наглядно демонстрирует, как технологии, созданные для космоса, помогают нам лучше понять нашу собственную планету и как земные пески могут стать ключом к тайнам других планет.
|
|
|
|
Источник
|
