Uz Marsa Tur nav tikai putekļi, akmeņi un aukstums.Sarkanās planētas atmosfērā notiek parādība, par kuru tika aizdomas jau gadu desmitiem, bet ko neviens nebija spējis tieši pierādīt: vēja un putekļu vētru radītas elektriskās izlādes. Tas, kas līdz nesenam laikam bija hipotēze, tagad ir kļuvis par izmērāmu rezultātu.
Starptautiska komanda ar ievērojamu Eiropas un Spānijas centru līdzdalību ir sasniegusi burtiski klausieties šīs Marsa dzirkstelesPateicoties NASA rovera Perseverance mikrofoniem un sensoriem. Atklājums publicēts žurnālā. dabaTas paver jaunu pētījumu virzienu par Marsa atmosfēras elektrifikāciju, kam ir sekas klimatam, virsmas ķīmijai un turpmāko misiju plānošanai.
Pirmie tiešie pierādījumi par elektrisko aktivitāti Marsa atmosfērā
Līdz šim brīdim pastāv elektriskā aktivitāte Marsa atmosfērā Tas balstījās uz teorētiskiem modeļiem un analoģijām ar to, kas notiek uz Zemes, Jupitera vai Saturna. Bija zināms, ka sarkanā planēta ir ārkārtīgi putekļaina un cieš no vētrām, spēcīgiem vējiem un putekļu velniem — apstākļiem, kas uz mūsu planētas parasti veicina elektrifikāciju —, taču tiešu pierādījumu trūka.
Šī plaisa ir aizpildīta, pateicoties programmai “Perseverance”, kas ir pētījusi Jezero krāteris ar zinātnisko instrumentu arsenālu. Starp tiem ir SuperCam — tālizpētes sistēma, kas ietver augstas jutības mikrofons un sensori, kas spēj reģistrēt transportlīdzekļa tuvumā radītos elektromagnētiskos traucējumus.
Detalizēta analīze 28 stundas akustisko ierakstu Divu Marsa gadu (gandrīz četru Zemes gadu) laikā apkopotie dati ir identificējuši 55 notikumus, kas atbilst elektriskām izlādēm. Daudzos no tiem ierakstītajai skaņai ir raksturīgs modelis: vispirms ļoti īsa, augstas intensitātes interference, kam seko dažu milisekundžu ilga slāpēšanas fāze un pēc tam virkne akustisko virsotnju, kas atbilst dzirksteles skaņas vilnim.
Šie signāli ir skaidri atšķirami no citiem apkārtējiem trokšņiem, piemēram, vējš, paša rovera vibrācija vai atmosfēras turbulenceTas ļauj tos ar pietiekamu pārliecību attiecināt uz faktiskām elektriskām izlādēm transportlīdzekļa tuvumā. Lai pastiprinātu šo interpretāciju, komanda salīdzināja Marsa datus ar laboratorijas eksperimentiem, kas veikti uz Zemes, izmantojot SuperCam divu mikrofonu, kuros kontrolētas mikrodzirksteles tika ģenerētas ļoti tuvu sensoram.
Putekļu, vēja un virpuļu loma dzirksteļu radīšanā
Šīs parādības atslēga slēpjas tajā, ka triboelektrībaTas pats mehānisms, kas izraisa dzirksteles uzliesmošanu, kad ļoti sausā dienā pēc iešanas pa paklāju pieskaramies metāla durvīm. Uz Marsa paklāja lomu spēlē smalkie putekļi, kas klāj virsmu, pakļauti brāzmainam vējam, virpuļiem un vētru frontēm, kas tos paceļ no zemes.
Kad Marsa vējš aiznes putekļu daļiņas un smilšu graudus, Šie plankumi saduras un berzējas viens pret otruKatrā sadursmē dažas daļiņas zaudē elektronus, bet citas tos iegūst, radot reģionus ar pozitīvu un negatīvu elektrisko lādiņu. Ja rodas pietiekama potenciālu starpība, sistēma izlādē daļu no šīs enerģijas elektriskā loka veidā, kura diametrs ir tikai daži milimetri vai centimetri, ko pavada neliels akustiskais triecienvilnis.
Uz Zemes, lai gan vulkānisko pelnu mākoņos vai lielās smilšu vētrās ir novērotas izlādes, atmosfēras apstākļi apgrūtina vienkāršam putekļu velnam dzirksteles radīšanu. Tomēr Marsa atmosfēra ir daudz retāka.Tas gandrīz pilnībā sastāv no oglekļa dioksīda, un tā spiediens ir tuvu simtdaļai no Zemes spiediena, kas atvieglo tā sauktā elektriskā sabrukuma sliekšņa sasniegšanu ar relatīvi nelielu lādiņa uzkrāšanos.
Novērojumi liecina, ka izplūdes Jezero galvenokārt ir saistītas ar lokalizētas konvekcijas parādības, tāpat kā slavenais putekļu velni (putekļu velni) vai nelielu vētru aktīvas frontes, nevis periodi, kad atmosfēra globāli ir vairāk piesātināta ar putekļiem. Tas apšauba iepriekšējo ideju, ka lielāka atmosfēras necaurredzamība automātiski nozīmētu intensīvākus elektriskos laukus.
Vairākos analizētajos gadījumos dzirksteles sakrita ar rovera ciešu sadursmi ar virpuļiem, kas šķērsoja darbības zonu. No šiem atklājumiem zinātnieki ir spējuši lēst, ka Jezero krātera reģionā šo virpuļu radītā elektriskā enerģija Tas var atšķirties starp ārkārtīgi zemām vērtībām un skaitļiem, kas laika gaitā un lielās platībās uzkrājušies un ir būtiski planētas elektriskajam līdzsvaram.
Kāda veida izlādes notiek: mikroskopiskas dzirksteles, nevis iespaidīgi zibeni
Svarīgs precizējums ir tas, ka uz Marsa novērotās izlādes Tie nav kā klasiskie zibens spērieni, ko mēs redzam sauszemes vētrās.Tās ir triboelektriskas dzirksteles ar ļoti mazu enerģiju, salīdzināmas ar tām, ko izmanto automašīnas iedarbināšanai, vai nelielu triecienu, ko mēs jūtam, pieskaroties metāla priekšmetam pēc statiskās elektrības uzkrāšanās.
Aplēses norāda uz enerģijām, kas svārstās diapazonā no nanodžouli uz mikrodžouliem Vairumā gadījumu tas ir tālu no miljardiem džoulu, ko tipisks zibens spēriens var atbrīvot Zemes atmosfērā. Dažos atsevišķos gadījumos ir konstatēta intensīvāka izlāde, ko, iespējams, veicina paša rovera struktūra, kas var darboties kā akumulators un dzirksteles emisijas punkts.
Šai zemajai enerģijai ir redzamas sekas: modeļi liecina, ka Izmērītie elektriskie lauki nav pietiekami, lai radītu gaismas uzplaiksnījumu Tas ir nozīmīgi, jo Marsa gaisa jonizācijai būtu nepieciešami lauki, kas ir 25 līdz 100 reizes intensīvāki nekā novērotie. Citiem vārdiem sakot, dzirksteles ir dzirdamas un reģistrētas kā traucējumi, taču tās nerada spilgtus zibšņus, ko varētu uztvert ar parastajām kamerām.
Neskatoties uz šķietamo pieticību, šīs lejupielādes atspoguļo Pirmā nepārprotamā Marsa atmosfēras elektriskās aktivitātes demonstrācijaPētnieki, piemēram, Agustīns Sančess-Lavega (Basku Zemes Universitāte) vai Žermāns Martiness (Astrobioloģijas centrs, INTA-CSIC), uzsver, ka triboelektriskās izlādes modelis ļoti labi atbilst savāktajiem datiem un iepriekšējām simulācijām, kas veiktas sauszemes laboratorijās.
Tādējādi Marss oficiāli pievienojas Saules sistēmas pasauļu grupai ar dokumentētām elektriskām parādībām, kā arī Zeme, Jupiters un SaturnsTurklāt rezultāti apstiprina domu, ka citi ķermeņi ar putekļainu atmosfēru, piemēram, Venera vai mēness Titāns, varētu saturēt līdzīgus procesus, pat ja tie vēl nav tieši novēroti.
Ietekme uz Marsa klimatu un putekļu transportu
Papildus fiziskajai ziņkārei šo dzirksteļu klātbūtne ir tieša ietekme uz atmosfēras dinamiku no Marsa. Viens no pētījuma secinājumiem ir tāds, ka putekļu vētrās un virpuļviesulās radītie elektriskie lauki var samazināt berzes ātrumu, kas nepieciešams, lai paceltu daļiņas no virsmas.
Tas nozīmē, ka noteiktos apstākļos, Lai atmosfērā ievadītu putekļus, ir nepieciešams mazāk vēja nekā iepriekš uzskatītsŠis process ir pašpastiprinošs: elektriski lādēti putekļi vieglāk ceļas augšup, palielinot suspendēto daļiņu daudzumu un, savukārt, izraisot turpmākas izlādes. Šis cikls ietekmē tā saukto globālo putekļu ciklu, kas ir izšķirošs elements, lai izprastu Marsa laikapstākļus un lielu vētru rašanos, kas var pārņemt planētu nedēļām ilgi.
Jezero krāteris, kur darbojas Perseverance, nav pat viens no aktīvākajiem reģioniem attiecībā uz putekļu vētras vai virpuļiTāpēc pētījuma autori uzskata par ļoti ticamu, ka citās teritorijās, kur ir lielāka virpuļviesuļu un vētru frontes biežums, kopējais izdalītās elektroenerģijas daudzums ir ievērojami lielāks.
Eiropas un Spānijas zinātnieku aprindām šis rezultāts pastiprina nepieciešamību Iekļaujiet putekļu elektrifikāciju Marsa laika apstākļu modeļosRaugoties uz turpmākajām misijām, būs svarīgi precīzāk prognozēt, kad un kur šie notikumi ir visticamākie, īpaši, ja mērķis ir izvietot virszemes infrastruktūru vai plānot operācijas noteiktos gadalaikos.
Pieredze, kas gūta ar tādiem roveriem kā Perseverance un iepriekš ziņkārības roverisJau iepriekš ir pierādīts, ka putekļi var būt nopietna problēma. saules paneļi, sensori un mobilie mehānismiApziņa, ka ar šiem putekļiem ir saistīta arī elektriskā komponente, ievieš papildu mainīgo lielumu riska novērtējumā un iekārtu projektēšanā.
Ķīmiskās izmaiņas uz virsmas: oksidētāji, hlors un organiskās molekulas
Vēl viens pētnieku uzsvērts aspekts ir šo lejupielāžu ietekme uz Zemākās atmosfēras un Marsa virsmas ķīmijaPat nelielas dzirksteles var izraisīt reakcijas, kas veicina ļoti oksidējošu savienojumu, piemēram, ūdeņraža peroksīda vai dažu perhlorātu, veidošanos.
Šie savienojumi var noārdīt augsnē esošās organiskās molekulas vai virsmas regolītā, kas ir īpaši svarīgi iespējamu bioparakstu vai pagātnes dzīvības pēdu meklējumos. Ja noteiktos reģionos bieži notiek elektriskās izlādes, iespējams, ka dažas no ķīmiskajām pēdām, kuras paredzēts noteikt, laika gaitā ir mainījušās vai izzudušas.
Eiropā un Spānijā, kur komandas ir veltītas astrobioloģijai un Marsa datu interpretācijai, šis aspekts tiek uzskatīts par izšķirošu faktoru. Izskaidrojums tam, kāpēc daži instrumenti atrod mazāk organisko signālu nekā gaidīts, varētu būt saistīts, vismaz daļēji, ar to. elektriski vadāma ķīmiskā apstrāde.
Pētījums arī liecina, ka lejupielādes varētu ietekmēt Hlora cikls uz MarsaTas palīdz uzturēt noteiktas ķīmiskās vielas aktīvas atmosfērā un uz virsmas. Tas savukārt ietekmē tādu gāzu kā metāna stabilitāti, kuras periodiska noteikšana pēdējos gados ir izraisījusi diskusijas.
Kopumā atmosfēras elektrifikācija liek pārskatīt dažus pieņēmumus par to, kā organiskie savienojumi tiek saglabāti un kādi apstākļi ir vislabvēlīgākie iepriekšējo bioloģisko procesu pēdu saglabāšanai. Eiropas laboratorijas jau strādā pie tā. modeļi, kas integrē šos jaunos faktorus lai uzlabotu datu interpretāciju no Perseverance un citām misijām.
Riski un iespējas nākotnes robotu un cilvēku misijām
Elektriskās aktivitātes apstiprināšanai Marsa atmosfērā ir arī praktisks aspekts: kā tas ietekmē pašreizējās un turpmākās misijasNovērotā stipruma dzirkstele principā nav salīdzināma ar zemes zibens spēriena ietekmi uz metāla konstrukciju, taču tā var radīt risku jutīgām elektroniskām sastāvdaļām vai noteiktiem atklātiem sensoriem.
Agrāk tika izvirzītas hipotēzes, kas saistīja padomju misiju, piemēram, Mars 3, neveiksmes ar Elektriskās parādības putekļu vētru laikāLai gan nebija tiešu datu, kas to apstiprinātu. Tagad, kad ir skaidri dati par triboelektriskajām izlādēm, arvien vairāk tiek pieļauta doma, ka vides elektrifikācijai jābūt daļai no riska analīzes līdzās citiem faktoriem, piemēram, starojumam, ekstremālām temperatūrām vai putekļu nodilumam.
Eiropas un Spānijas kosmosa nozarei, kas piedalās misijās uz Marsu gan ar Eiropas Kosmosa aģentūras (EKA) starpniecību, gan sadarbībā ar NASA, šāda veida rezultāts ir īpaši noderīgs. Tas ļauj pielāgot instrumentu un aizsardzības sistēmu konstrukcijusākot ar kabeļu izvietojumu un zemējumu un beidzot ar noteiktu virsmu pārklājumiem vai uzkrāto slodžu pārvaldības veidu.
Raugoties tālākā nākotnē, plānojot pilotējamas misijas, būs jāņem vērā, ka Marsa vide nav elektriski neitrāla. Astronautu tērpi, dzīvesvietas un spiediena transportlīdzekļi būs attiecīgi jāpielāgo. izturēt zemas enerģijas, bet potenciāli atkārtotas izlādesīpaši apgabalos un gadalaikos, kur bieži sastopami putekļu velni.
Vienlaikus apzināšanās, ka atmosfēra rada mikroizlādes, paver durvis jaunām mērīšanas un uzraudzības tehnoloģijām. Akustiskie un elektromagnētiskie sensori, kas iedvesmoti no SuperCam, bet pielāgoti plašākai lietošanai, varētu kļūt par standarta instrumentu vietējās elektriskās vides uzraudzībai Eiropas un kopīgajās misijās, kas plānotas turpmākajās desmitgadēs.
Spānijas un Eiropas ieguldījums Marsa elektrifikācijas izpētē
Darbs, kas ļāvis demonstrēt šo elektrisko aktivitāti Marsa atmosfērā, ir marķēts ar Eiropas un jo īpaši Spānijas zīmoguKomandā, kas parakstīja rakstu daba Iesaistīto centru vidū ir Basku Zemes Universitāte (UPV/EHU), Nacionālais aerokosmisko tehnoloģiju institūts (INTA) un Astrobioloģijas centrs (CAB, INTA-CSIC), kā arī Francijas iestādes, piemēram, Astrofizikas un planētoloģijas pētniecības institūts (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie).
Tādiem pētniekiem kā Agustīns Sančess-Lavega un Germāns Martiness ir spēlējuši galveno lomu gan akustisko un elektromagnētisko signālu interpretācija tāpat kā atmosfēras un astrobioloģisko seku novērtēšanā. Viņa iepriekšējā pieredze planētu atmosfēras dinamikā un elektrifikācijas procesos putekļainā vidē ir bijusi būtiska, savienojot neapstrādātus mikrofona datus ar saskaņotu fizikālo modeli.
Eiropas kontekstā šis rezultāts atbilst tādu programmu kā ExoMars zinātniskajiem mērķiem, kuros ESA un vairākas valstu aģentūras, tostarp Spānijas, cenšas panākt labāk izprast sarkanās planētas klimatisko un ģeoloģisko vēsturiPutekļu elektrifikācija tagad ir pievienota to procesu sarakstam, kas būs jāiekļauj modeļos, ko izmanto pašreizējo novērojumu interpretācijai un turpmāko pētījumu plānošanai.
Spānijas zinātnieku aprindām šī pētījuma panākumi nostiprina valsts pozīcijas planētu zinātnes jomā. Starptautiskās sadarbības rezultātā izstrādāto instrumentu, datu analīzes iespēju un teorētiskā ieguldījuma apvienojums nostāda šīs komandas labā pozīcijā, lai piedalītos nākamajos posmos, kas varētu ietvert instrumenti, kas paredzēti elektriskās aktivitātes mērīšanai in situ dažādās planētas daļās.
Turpmākajos gados gaidāmi jauni roveri, orbitālie aparāti un pat fiksētas stacijas Iekļaut īpašus sensorus, lai reģistrētu elektriskos laukus, izlādes un ar putekļu izvirdumiem saistītās izmaiņas. Šī informācija papildinās jau zināmo informāciju par temperatūru, spiedienu, atmosfēras sastāvu un vispārējo cirkulāciju, radot reālistiskāku priekšstatu par Marsa vidi.
Tieša triboelektrisko dzirksteļu noteikšana uz Marsa, pamatojoties uz Perseverance savāktajām skaņām un signāliem, ir svarīgs solis Sarkanās planētas izpratnē: tas apstiprina, ka tās atmosfēra ir dinamiski aktīvāka un ķīmiski sarežģītāka Tas, vairāk nekā iepriekš domāts, liek pārskatīt klimata modeļus un organisko molekulu saglabāšanas modeļus un rada jaunus izaicinājumus — un iespējas — Eiropas un Spānijas misiju izstrādei, kurām būs jādarbojas vidē, kur papildus putekļiem un vējam gaisā ir arī elektrība.