Российские ученые впервые провели экспериментальное исследование явления, представляющего опасность для сложных технических систем на Марсе. В данном случае речь идет о статическом электричестве, возникающем при столкновении частиц пыли в атмосфере планеты.
Это особенно актуально во время бурь. Они приводят к образованию микроскопических разрядов, которые излучают электромагнитные волны. Такое излучение может вывести из строя электронику роботов и планетных станций, что ставит под сомнение безопасность будущих марсианских колонистов. Подробнее — в материале «Известий».
«Сигналы» марсианской пыли
Учёные из Института космических исследований РАН и Московского физико-технического института разработали метод, позволяющий слышать «сигналы» марсианской пыли. Об этом сообщили в Минобрнауки РФ.
Специалисты объяснили, что речь идет о микроскопических молниях. Они возникают в сухой и разреженной атмосфере из углекислого газа Красной планеты, когда частицы песка и пыли сталкиваются друг с другом и обмениваются зарядами. В результате возникают микроскопические разряды, которые создают электромагнитное излучение. Его можно поймать и зарегистрировать как радиоволны. Эти разряды влияют на химию атмосферы, но также могут представлять угрозу для электроники космических аппаратов.
— Долгое время в научном сообществе лишь высказывались предположения о наличии этого эффекта, но не было инструментов для его изучения и, что более важно, интерпретации. Цель наших исследований заключалась в том, чтобы по характеру радиосигнала определять свойства частиц, вызывающих разряд, и условия, в которых он происходил. Для этого мы применили трехэтапный метод. Он объединил лабораторные эксперименты и наблюдения в реальной среде,— рассказал «Известиям» сотрудник кафедры космической физики МФТИ Мохамад Абделаал.
Он пояснил, что сначала учёные создали миниатюрную песчаную бурю, поместив частицы песка в камеру с вихревым потоком воздуха. При этом чувствительная спиральная антенна фиксировала радиоимпульсы от микроразрядов.
В ходе экспериментов команда обнаружила, что мелкие частицы (до 40 мкм) генерируют частые сложные и многокомпонентные сигналы, в то время как крупные песчинки создают редкие, мощные и четкие одиночные импульсы.
— На следующем этапе мы воссоздали марсианские условия,— продолжил Мохамад Абделаал. — Для этого камеру поместили в вакуумную установку и заполнили углекислым газом при низком давлении. В качестве «пыли» использовали природные земные пески и синтетические аналоги марсианского грунта с высоким содержанием оксидов железа. Эксперименты подтвердили, что состав пыли также влияет на разряд. Например, базальтовые частицы, характерные для Марса, быстрее рассеивают заряд, что приводит к более слабым, но постоянным электромагнитным сигналам.
Кроме того, ученый сообщил, что опыты показали, что в имитированной марсианской атмосфере электрический пробой происходит при значительно более низком напряжении, чем на Земле. Это означает, что для возникновения искры на Красной планете требуется существенно меньше накопленного заряда, и такие явления там происходят чаще.
Третий этап, как рассказали исследователи, был посвящен проверке и калибровке лабораторных данных. Для этого учёные провели экспедицию в степи Калмыкии, где засушливый климат и песчаные ландшафты служат земным аналогом Марса.
Во время этих работ специальный прибор фиксировал естественные электромагнитные сигналы и одновременно — скорость ветра, влажность, температуру и уровень солнечной радиации. Результаты полевых испытаний подтвердили выводы, сделанные в лаборатории.
Как пылевые бури повлияют на колонистов Марса
— В результате мы создали сквозную методику, которая предполагает использование одного и того же оборудования как для изучения искусственных зарядов, так и их естественных аналогов. Это позволяет строить надежные физические модели и закладывает основу для исследований на поверхности Марса. Установка электромагнитного анализатора на будущие планетоходы или стационарные станции позволит в реальном времени получать данные о динамике пылевых бурь, распределении частиц по размерам и даже о геологии Красной планеты,— поделился Мохамад Абделаал.
По его словам, понимание этих процессов — это вопрос безопасности будущих колонистов. Поскольку статические разряды, безобидные на Земле, в марсианских условиях могут вывести из строя сложную электронику, лишив экспедицию технической поддержки.
В дальнейшем, добавил ученый, исследования можно расширить за счет изучения электрических явлений в сернокислотных облаках Венеры или в экзосфере (тонкой газовой оболочке) над поверхностью Луны.
— Пыль присутствует на всех планетах земной группы, и электростатическое налипание и разряды представляют собой серьезную проблему для работающих механизмов и электроники,— сообщил «Известиям» старший научный сотрудник лаборатории геохимии углерода им. Э. М. Галимова ГЕОХИ РАН Сергей Воропаев.
Фото: hi-tech.mail.ru