Художник изобразил пыльную бурю на Марсе, хотя исследователи не думают, что молния будет выглядеть именно так. (Марк Гарлик / Научная фотобиблиотека / Getty Images)
Пыльные бури представляют серьезную опасность для Марса. В то время как небольшие штормы и пылевые вихри случаются регулярно, более крупные происходят каждый год (летом в южном полушарии) и могут покрывать районы размером с континент в течение нескольких недель.
Раз в три марсианских года (около пяти с половиной земных лет) штормы могут стать достаточно большими, чтобы охватить всю планету, и длиться до двух месяцев.
Эти штормы играют важную роль в динамических процессах, которые формируют поверхность Марса и иногда видны с Земли (например, шторм 2018 года, который положил конец миссии марсохода Opportunity).
Когда марсианские штормы становятся особенно сильными, трение между пылинками приводит к тому, что они электризуются, перенося положительные и отрицательные заряды через статическое электричество.
Согласно исследованию, проведенному ученым-планетологом Алианом Вангом из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, эта электрическая сила может быть основной движущей силой марсианского цикла хлора. Основываясь на своем анализе, Ван и ее коллеги считают, что этот процесс может объяснить обилие перхлоратов и других химических веществ, которые роботизированные миссии обнаружили в марсианской почве.
Изображение марсианской пылевой бури крупным планом, полученное аппаратом NASA Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) 7 ноября 2007 года. Фото: NASA / JPL-Caltech
Доктор Ван возглавлял международную группу исследователей из Техасского технического университета, Университета штата Делавэр, Центра космических наук Макдоннелла (MCSS) и Оксфордского университета. Статья, описывающая их результаты, недавно появилась в Geophysical Research Letters .
В нем Ван и ее коллеги продемонстрировали, как электрические разряды, вызванные пыльными бурями, могут быть ответственны за разложение хлоридных солей и создание атмосферного хлора и других химических соединений, обнаруженных на поверхности (хлораты, перхлораты и карбонаты).
На Марсе хлор считается одним из пяти "подвижных элементов", другими являются водород, кислород, углерод и сера. Подобно круговороту воды на Земле (или циклу метана на Титане), это означает, что хлор переносится между поверхностью Марса и атмосферой в разных формах.
Он существует в газообразной форме в атмосфере, в то время как на поверхности обнаружены отложения хлоридов. Эти отложения похожи на соляные пласты, обнаруженные по всей Земле, такие как солончаки Бонневиль в Юте, Этоша-Пан в Намибии и Салар-де-Уюни в Боливии (крупнейшие в мире).).
Как и на Земле, эти хлоридные отложения, вероятно, представляют собой высохшие остатки соленых пятен воды, которые существовали на поверхности. Предполагается, что они образовались в результате взаимодействия между поверхностью и атмосферой во время амазонского периода.
Эта геологическая эра продолжается по сей день и, как полагают, началась с конца гесперийского периода (около 3 миллиардов лет назад), когда Марс все еще переходил от более теплой и влажной среды к тому, что мы видим там сегодня (чрезвычайно холодная и иссушенная).
Поскольку между поверхностью и атмосферой больше нет обмена, ученые задались вопросом, как могут быть связаны атмосферный хлор и хлоридные отложения.
В своем новом исследовании Ван (научный сотрудник MCSS) и ее коллеги продемонстрировали, что электрические разряды, вызванные пыльными бурями, являются эффективным способом обмена хлора между поверхностью и воздухом. Возможность того, что пылевые бури могут быть источником химически активных веществ на Марсе, была впервые предложена, когда миссии Viking 1 и 2 приземлились там в 1970-х годах.
Однако химические эффекты пылевой активности было трудно изучать, поскольку спускаемый аппарат ЕКА "Скиапарелли" (который будет изучать это явление) разбился о поверхность в 2016 году.
В результате ученым пришлось придерживаться климатического моделирования и экспериментальных исследований, включая исследования, которые Ван и другие ученые-планетологи провели в последние годы.
Они показали, что когда электростатические разряды взаимодействуют с солями хлора в среде, богатой углекислым газом (например, в атмосфере Марса), выделяется газообразный хлор, и могут образовываться перхлораты и карбонаты.
Пылевой дьявол на поверхности Марса, снятый 14 марта 2012 года аппаратом NASA Mars Reconnaissance Orbiter. Фото: NASA / JPL-Caltech
Однако в этом последнем исследовании ученые-планетологи впервые попытались количественно определить, сколько этих химических веществ образуется во время марсианских пыльных бурь.
Это было сделано с помощью серии экспериментов в планетарной среде и аналитической камере Вашингтонского университета (PEACh), где команда подвергала различные распространенные хлоридные минеральные соли электрическим разрядам в условиях, подобных марсианским.
Как указал Ван в пресс-релизе Вашингтонского университета (источник), результаты подтвердили их теорию:
"Фрикционная электризация является распространенным процессом в нашей Солнечной системе, а марсианская пыль, как известно, является мощным источником накопления электрического заряда. Разреженная атмосфера на Марсе значительно облегчает разрушение накопленных электрических полей в форме электростатического разряда. На самом деле, на Марсе это в сто раз проще, чем на Земле.
"Скорость реакции огромна. Важно отметить, что высвобождаемый хлор в процессе кратковременного электростатического разряда средней силы находится на уровне процента. Ни один другой известный нам процесс не может этого сделать, особенно с таким количественно высоким выходом выделения хлора ".
Во время семичасового эксперимента с имитацией электростатического разряда они обнаружили, что по крайней мере 1 из 100 молекул хлорида разлагается и высвобождает атом хлора.
Кроме того, электрический разряд также обусловил очень высокие глобальные концентрации соединений перхлората и карбоната в верхнем слое почвы Марса, хотя скорость образования была немного ниже (менее процента на тысячу уровней). Эксперимент также показал, что наблюдаемые диапазоны концентраций могут накапливаться в течение половины амазонского периода.
Наконец, высокие урожаи могут объяснять высокие концентрации хлористого водорода в атмосфере, наблюдавшиеся во время пыльных бурь 2018 и 2019 годов. Сказал Кевин Олсен, научный сотрудник Открытого университета и соавтор нового исследования:
"Высокая скорость выделения хлора из обычных хлоридов, выявленная в результате этого исследования, указывает на многообещающий путь превращения поверхностных хлоридов в газовые фазы, которые мы сейчас видим в атмосфере.
"Эти результаты подтверждают, что марсианская пылевая активность может стимулировать глобальный цикл хлора. С помощью орбитального аппарата ExoMars Trace Gas мы видим повторяющуюся сезонную активность, которая совпадает с глобальными и региональными пыльными бурями ".
Еще одним интересным выводом из этого исследования было то, как команда теоретизировала, как могут выглядеть электростатические разряды на Марсе. По словам Вана, разряд не будет похож на вспышку молнии (как в случае с Землей).
Вместо этого, по ее словам, это будет больше похоже на свечение из-за тонкой атмосферы Марса.
"Это может быть чем-то похоже на полярное сияние в полярных регионах Земли, где энергичные электроны сталкиваются с разбавленными атмосферными веществами", - сказала она.
На сегодняшний день ни одна роботизированная миссия на Марсе, будь то посадочные устройства, марсоходы или орбитальные аппараты, не была свидетелем электрического разряда во время пыльной бури. Свечение, вероятно, будет скрыто высокой концентрацией пыли и не будет видно с орбиты.
Между тем, наземные миссии, которые полагаются на солнечную энергию, вынуждены приостанавливать операции во время сильных штормов, чтобы сохранить энергию (как это было во время недавнего сезона штормов для вертолета Ingenuity). Но, возможно, марсоход Curiosity или Perseverance с ядерным двигателем сможет получить откровенный снимок этого явления до завершения своих миссий.
В противном случае нам, возможно, придется подождать с полетами с экипажем, чтобы увидеть одно из этих "полярных сияний", что может привести к ситуации, подобной ситуации Марка Уотни!
Эта статья была первоначально опубликована Universe Today . Прочитайте оригинальную статью.
Оставить комментарий:
0 comments:
Всегда рады услышать ваше мнение!