Буря в миниатюре: российские ученые воссоздали марсианские молнии в лаборатории

Марсианские пылевые бури, которые случаются на Марсе 1–2 раза в год, бывают такими мощными, что заволакивают своим шлейфом всю планету на 100–150 дней.

А поскольку пыль поглощает солнечные лучи и превращает их энергию в тепло, она даже может повышать среднесуточную температуру на планете (она колеблется около -50 градусов).

Происхождение таких бурь (они возникают на Марсе в теплое время года) связано с нагревом марсианской поверхности: тёплый воздух поднимается, создавая закручивающийся восходящий поток. Он во много раз превосходит по масштабам те, что возникают на Земле, из-за более слабой гравитации и разреженной атмосферы Марса.

Чтобы лучше изучить природу пылевой бури, как на Марсе, группа ученых воссоздала ее модель в лаборатории и попыталась изучить электрические разряды, возникающие внутри специального резервуара.

В миниатюрную атмосферную камеру для «производства» бури помещали песок и с помощью воздушного компрессора внутри создавали турбулентные потоки воздуха со скоростью 9-12 метров в секунду. Эти потоки заставляли песчинки интенсивно сталкиваться друг с другом, подобно тому, как это происходит в настоящем «пылевом дьяволе».

Чтобы зарегистрировать слабые электрические сигналы внутри пылевого столба, ученые использовали высокочувствительный прибор — электромагнитный радиометрический приемник (EMA), изначально разработанный для российско-европейской миссии «ЭкзоМарс».

Но в задачу ученых входило не просто доказать возможность генерации электромагнитных сигналов, а установить количественную связь между этими невидимыми молниями и физическими свойствами пылевых частиц. Для этого были использованы два типа песка с контрастными свойствами: богатый силикатами песок из Карелии и богатый магнетитом песок с Камчатки. Оба они имитировали определенные типы марсианского реголита.

Выяснилось, что электрическая сила пылевого вихря кардинально зависит от размера частиц. Более мелкие песчинки (размером от 20 до 40 микрометров) генерировали частые, но относительно слабые электромагнитные всплески – они быстрей накапливали заряд из-за большой удельной площади поверхности и разряжались чаще (этот процесс возникает из-за трибоэлектрического эффекта, который хорошо во производится путем трения надувного шарика о волосы). А вот более крупные песчинки (от 40 до 100 микрометров и выше) производили разряды гораздо реже, но каждый такой всплеск, как результат более длительно копившейся энергии, был значительно мощнее.

Знания о характере возникновения марсианских разрядов поможет специалистам в будущем создать необходимую защиту для марсоходов, которые теоретически, могут легко выходить из строя или снижать свою энергоэффективность из-за оседания на их контактах электрически заряженной пыли.