Российские ученые воссоздали в лаборатории разряды «пылевых дьяволов» на Марсе

Авторами работы, опубликованной в журнале AIP Advance, стали ученые из Института космических исследований РАН, Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН и МФТИ. В рамках исследования они провели уникальный эксперимент. Его целью было выяснить, как характеристики электромагнитных «всплесков», происходящих в пылевых бурях, зависят от размера, формы и минерального состава пыли.

Пылевые вихри, или, как их еще называют, пылевые дьяволы, — это вращающиеся потоки горячего воздуха, которые поднимают с поверхности планет, в частности Земли и Марса, миллиарды песчинок. Частицы сталкиваются и перетираются между собой, заряжаясь. Это явление можно сравнить с трением воздушного шарика о волосы, при котором возникает электрический заряд.

Однако в масштабах планет этот накопленный заряд может приводить к невидимым искрам, природа которых еще не до конца изучена. Команда ученых построила стенд — миниатюрную атмосферную камеру для создания пылевых вихрей. Ее центральным элементов стала 3D-печатная камера, в которую помещались образцы песка. Причем ученые использовали два типа: богатый силикатами и похожий на земной кварцевый, а также богатый магнетитом и подобный некоторым типам реголита на Марсе.

Поток воздуха, создаваемый в камере воздушным компрессором, поднимал частицы со скоростью 9-12 м/с и сталкивал их между собой, прямо как в «пылевом дьяволе». А регистрировал разряды прибор под названием Электромагнитный анализатор (EMA) — его изначально разработали для проекта «ЭкзоМарс». Инструмент может улавливать даже самые слабые радиоимпульсы.

«Мы, по сути, построили бурю в миниатюре, — заметил аспирант МФТИ Абделаал Мохамад Эссам Сайед. — Главной задачей было создать абсолютно контролируемую среду, чтобы быть уверенными, что сигналы, которые мы видим, порождены именно взаимодействием песчинок, а не какими-то внешними помехами».

По результатам эксперимента исследователи выяснили, что «характер» пылевого вихря и возникающих в нем электрических разрядов зависит от размера частиц. Мелкие (от 20 до 40 микрометров) образуют частые, но не очень мощные всплески. А более крупные частицы (от 40 до 100 микрометров и выше) генерировали разряды реже, но каждый из них был намного мощнее.

Тип песка также сыграл свою роль. Богатый силикатами приводил к эффективному разделению зарядов, а богатый магнетитом — к накоплению заряда. То есть характер пылевой бури связан с геологией поверхности, откуда поднималась пыль. Успешный эксперимент показал, что ученые потенциально смогут определять мощность пылевых бурь, размер их частиц и строить теории о составе поверхности.

В перспективе авторы хотят более точно воспроизвести в камере атмосферу Марса — с пониженным давлением и углекислотным составом. Возможно, все это подготовит основу для создания новых приборов, которые когда-то отправятся на Красную планету.

Какие российские приборы уже стоят на космических аппаратах, исследующих Красную планету — рассказали здесь.

Иллюстрация ESA/DLR/FU Berlin/NASA MGS MOLA Science Team