Исследователи начинают понимать взаимосвязь резонансов Шумана и пылевых бурь на Марсе
AstroNews.ru - 05 Ноября 2021 19:13:52
Взаимодействие пылевых частиц в марсианских пылевых бурях может вызвать электрические поля, достаточно мощные, чтобы получить заряды, вызывающие стоячие электромагнитные волны, известные как резонансы Шумана. К такому выводу пришли физики из НИУ ВШЭ, Института космических исследований и МФТИ. Статья была опубликована в журнале Icarus.
В течение последнего десятилетия Марс был центром активных исследований, при этом исследователи изучали возможные космические миссии к планете. Знание об атмосфере Марса увеличивает шансы на успех таких миссий. В частности, поведение частиц и плазмы. Пылевую систему на поверхности Марса следует учитывать при планировании космических путешествий.
В 2009 году 34-метровый радиотелескоп NASA Deep Space Network зарегистрировал нетепловое микроволновое излучение во время марсианской пылевой бури. В наблюдаемом спектре излучения атрибуты шумановских резонансов были обнаружены на частотах 7,83 Гц, 14,1 Гц и 20,3 Гц.
Исследователи из НИУ ВШЭ, Института космических исследований и МФТИ изучили роль пылевой плазмы в возбуждении стоячих электромагнитных волн сверхнизкой частоты (ниже 100 кГц) на Марсе. С середины 1950-х гг. известные как резонансы Шумана, в честь Отто Шумана, австрийского ученого, который первым изучил стоячие электромагнитные волны в резонаторе Земля - ионосфера.
Для электромагнитных волн Земля и ее ионосфера представляют собой огромный сферический резонатор, полость которого заполнена слабо электропроводящей средой. Если электромагнитная волна, развивающаяся в этой среде, облетит Землю и резонирует сама по себе, она может существовать долгое время.
Шумановские резонансы на Земле предположительно вызваны грозовыми зарядами в сферической полости между поверхностью планеты и нижними слоями ионосферы.
«Молниеносная активность связана со средней температурой на Земле, - сказал Сергей Попель, профессор физического факультета НИУ ВШЭ, заведующий лабораторией Института космических исследований РАН. - Наблюдения также подтверждают корреляцию между температурой и амплитудами резонансов Шумана на Земле. Эти данные стали основой для наших исследований подобных явлений на Марсе».
Ученые проанализировали механизм, обеспечивающий загрузку мощности в резонатор Шумана. Оказалось, что электрические разряды - хороший кандидат. «Но эти электрические разряды имеют иную природу по сравнению с земными молниями. Молнии в их земном понимании не типичны для марсианской атмосферы, в которой широко распространены пылевые вихри, также называемые «пылевыми дьяволами». Это небольшие бури диаметром около 100 м, длящиеся несколько минут. Вот почему нет аналогов земным метеорологическим облакам в редких и сухих марсианских облаках атмосферы, но пылевые явления играют важную роль.
Процесс зарядки пылевых частиц в марсианской атмосфере имеет сходство с процессами, происходящими в вулканических облаках на Земле: две частицы, состоящие из одного и того же материала, сталкиваются, и меньшая из них получает отрицательный заряд, а большая заряжается положительно. Под действием силы тяжести более тяжелые положительно заряженные частицы собираются в нижних частях пылевых завихрений, а более легкие отрицательно заряженные частицы остаются в верхней части. Заряды отделяются, что может привести к электрическому разряду.
Однако авторы статьи заявляют, что пока нет однозначных экспериментальных доказательств, подтверждающих существование электрических разрядов в атмосфере Марса. Орбитальные модули, изучающие Марс, обычно исследуют верхние слои атмосферы, а нижний слой остается за пределами зоны их наблюдения.Чтобы точно знать, есть ли на Марсе резонансы Шумана, необходимо измерить электрические поля на поверхности планеты.
«В идеале мы должны измерить амплитуду шумановских колебаний и понять, существует ли корреляция между изменяющимися амплитудами шумановских резонансов и изменениями интенсивности пылевых бурь на Марсе», - сказал Сергей Попель. «Но для этого нам потребуются некоторое высокочувствительное оборудование».
Такие проекты еще не запланированы, но второй этап миссии ExoMars, который намечен на вторую половину 2022 года, вероятно, внесет вклад в эти исследования.