RW Space

Пыльные бури представляют серьезную опасность на Марсе. В то время как небольшие бури и пылевые вихри случаются регулярно, более крупные случаются каждый год (летом в южном полушарии) и могут охватывать территории размером с континент в течение нескольких недель.

Раз в три марсианских года (около пяти с половиной земных лет), бури могут стать достаточно сильными, чтобы охватить всю планету и длиться до двух месяцев.

Эти бури играют важную роль в динамических процессах, формирующих поверхность Марса, и иногда их можно увидеть с Земля (например, шторм 2018 года, положивший конец миссии марсохода Opportunity).

Когда марсианские штормы становятся особенно сильными, трение между пылинками заставляет их электризоваться, перенося положительные и отрицательные заряды посредством статического электричества.

p>

Согласно исследованию, проведенному планетологом Алианом Ваном 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 большое количество перхлоратов и других химических веществ, которые роботизированные миссии обнаружили в марсианском грунте.

Доктор Ван возглавлял международную группу исследователей из Техасского технологического университета, Университета Делавэра, Центра космических наук Макдоннелла (MCSS) и Оксфордский университет. Статья, описывающая их результаты, недавно появилась в журнале Geophysical Research Letters.

В ней Ван и ее коллеги продемонстрировали, как электрический разряд, вызванный пыльными бурями, может быть причиной разложения хлоридных солей. и создание атмосферного хлора и других химических соединений, обнаруженных на поверхности (хлораты, перхлораты и карбонаты).

На Марсе хлор считается одним из пяти «мобильных элементов», другими являются водород, кислород, углерод , и сера. Подобно круговороту воды на Земле (или круговороту метана на Титане), это означает, что хлор перемещается между марсианской поверхностью и атмосферой в различных формах.

Он существует в газообразной форме в атмосфере, а отложения хлорида встречаются по всему миру. поверхность. Эти отложения похожи на солончаки, встречающиеся по всей Земле, такие как солончаки Бонневиль в Юте, Этоша-Пан в Намибии и Салар-де-Уюни в Боливии (крупнейший в мире).

Похоже на Землю. , эти отложения хлоридов, вероятно, были высохшими остатками соленых пятен воды, существовавших на поверхности. Предполагается, что они образовались в результате взаимодействия между поверхностью и атмосферой в амазонский период.

Эта геологическая эра продолжается до наших дней и, как считается, началась с конца гесперианского периода (около 3 млрд. лет назад), когда Марс все еще переходил от более теплой и влажной среды к тому, что мы видим сегодня (чрезвычайно холодному и высохшему).

Поскольку между поверхностью и атмосферой больше нет обмена, ученые задавались вопросом, как атмосферные отложения хлора и хлоридов могут быть связаны друг с другом.

В своем новом исследовании Ван (сотрудник факультета MCSS) и ее коллеги продемонстрировали, что электрические разряды, вызванные пыльными бурями, являются эффективным способом обмена хлора между поверхность и воздух. Возможность того, что пыльные бури могут быть источником реактивной химии на Марсе, впервые была предложена, когда миссии «Викинг-1» и «Викинг-2» приземлились там в 1970-х годах.

Однако химические эффекты активности пыли было трудно изучать, поскольку посадочный модуль ESA Schiaparelli (который должен был изучать это явление) потерпел крушение на поверхности в 2016 году.

В результате ученым пришлось придерживаться моделирования климата и экспериментальных исследований, включая исследования, которые провели Ван и другие планетарные ученые. сделано в последние годы.

Они показали, что когда электростатические разряды взаимодействуют с солями хлора в среде, богатой двуокисью углерода (например, в марсианской атмосфере), выделяется газообразный хлор и могут образовываться перхлораты и карбонаты.

Однако в этом последнем исследовании планетологи впервые попытались количественно определить, сколько этих химических веществ вырабатывается во время марсианских пыльных бурь.

Это было сделано с помощью серии экспериментов в Планетарной палате анализа окружающей среды и анализа (PEACh) Вашингтонского университета, где команда подвергла различные распространенные хлоридные минеральные соли электрическим разрядам в условиях, подобных марсианским.

Как указал Ван в В пресс-релизе Вашингтонского университета (The Source) результаты подтвердили их теорию:

«Электрификация трением — это распространенный процесс в нашей Солнечной системе, а деятельность марсианской пыли, как известно, является мощным источником накопления электрического заряда. Разреженная атмосфера на Марсе значительно облегчает разрушение накопленных электрических полей в виде электростатического разряда. Фактически, на Марсе это в сто раз легче, чем на Земле.

«Скорость реакции огромна. . Важно отметить, что высвобождение хлора в процессе кратковременного электростатического разряда средней силы находится на процентном уровне. Никакой другой процесс, о котором мы знаем, не может этого сделать, особенно с таким количественно высоким выходом выделения хлора».

Во время семичасового эксперимента по моделированию электростатического разряда они обнаружили, что по крайней мере 1 из 100 молекул хлорида разложился и высвободил атом хлора.

Кроме того, электрический разряд также объясняет очень высокие глобальные концентрации соединений перхлората и карбоната в марсианском верхнем слое почвы, хотя скорость образования была немного ниже (доли процента). тысячу уровней). Эксперимент также показал, что наблюдаемые диапазоны концентраций могут накапливаться в пределах половины амазонского периода.

Наконец, высокие выходы могут объяснять высокие концентрации хлористого водорода в атмосфере, наблюдавшиеся в течение 2018 и 2018 годов. Пыльные бури 2019 года. Кевин Олсен, научный сотрудник Открытого университета и соавтор нового исследования, сказал:

«Высокая скорость выделения хлора из обычных хлоридов, выявленная в этом исследовании, Найден путь к преобразованию поверхностных хлоридов в газовые фазы, которые мы сейчас наблюдаем в атмосфере.

«Эти результаты подтверждают, что активность марсианской пыли может управлять глобальным циклом хлора. С орбитальным аппаратом ExoMars Trace Gas мы наблюдаем повторяющуюся сезонную активность, совпадающую с глобальными и региональными пыльными бурями».

Другим интересным выводом из этого исследования стало то, как команда теоретизировала, как могут выглядеть электростатические разряды на Марсе. Для Ванга разряд не будет похож на вспышку молнии (как на Земле).

Вместо этого, по ее словам, он будет больше похож на свечение из-за тонкой атмосферы Марса.

«Это может быть чем-то вроде полярных сияний на Земле, где энергичные электроны сталкиваются с разбавленными атмосферными частицами», – сказала она.

На сегодняшний день роботизированные миссии на Марсе не посадочные модули, вездеходы или орбитальные аппараты стали свидетелями электрического разряда во время пыльной бури. Свечение, скорее всего, будет скрыто из-за высокой концентрации пыли и не будет видно с орбиты.

Тем временем наземные миссии, которые полагаются на солнечной энергии вынуждены приостанавливать работу во время сильных штормов, чтобы сохранить электроэнергию (как это было во время недавнего м для вертолета Ingenuity). Но, возможно, марсоход Curiosity или Perseverance с ядерной силовой установкой сможет получить откровенный снимок этого явления до того, как их миссия будет завершена.

В противном случае нам, возможно, придется подождать миссий с экипажем, чтобы увидеть одно из этих «полярных сияний», что может привести к ситуации, подобной Марку Уотни!

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите исходную статью.