Иногда в сухой летний день, прикоснувшись к дверной ручке автомобиля, можно ощутить небольшой электрический разряд. Источник таких разрядов — искра, возникающая между вашим телом и корпусом автомобиля. Эти искры появляются из-за накопления статического электрического заряда, который часто возникает при трении двух разных материалов. Этот процесс, называемый трибоэлектрическим зарядом, был открыт в Древней Греции, где заметили, что некоторые материалы притягиваются янтарём при трении.
Трибоэлектричество обычно демонстрируют в школьных экспериментах: например, натирая пластиковые палочки кошачьей шерстью или воздушный шарик о волосы.
Теперь мы знаем, что, возвращаясь к припаркованному автомобилю на Марсе, вы могли бы испытать подобный разряд. Новое исследование впервые напрямую продемонстрировало электрические разряды на Красной планете.
Тот же трибоэлектрический процесс действует при извержениях вулканов на Земле, где заряд накапливается за счёт столкновения частиц пепла. В вулканических шлейфах накопление заряда может инициировать очень большие разряды молний — большие «кузены» небольших искровых разрядов. Разряды молний ещё чаще возникают во время гроз, где взаимодействие между мягким градом (граупелем) и ледяными кристаллами вызывает разделение зарядов.
На Земле пыльные бури и пыльные вихри — относительно кратковременные вихри, образующиеся из восходящих столбов тёплого воздуха — известны тем, что существенно электризуются за счёт столкновений между частицами пыли. Как правило, электризации достаточно для возникновения искровых или молниевых разрядов не происходит из-за давления у поверхности, составляющего примерно 1 бар. На Марсе же более низкое давление (около 1–10% от земного) означает, что искровые разряды возможны при меньшем уровне электризации.
В течение нескольких десятилетий считалось, что пыльные вихри на Марсе могут вызывать искровые разряды. Многие лабораторные эксперименты, в которых песок встряхивали в атмосфере углекислого газа под низким давлением, подобно марсианской, зафиксировали высокую заряженность пыли и разряды.
Однако до сих пор прямых наблюдений марсианских разрядов не было. Существование зарядки в марсианской атмосфере подтверждалось несколькими подсказками, такими как пыль, прилипшая к колёсам марсохода NASA.
Новые наблюдения, опубликованные в журнале Nature, показывают, что в марсианской атмосфере присутствуют электрические разряды. Эти результаты получены благодаря небольшой петле в проводе, соединяющем микрофон на марсоходе Perseverance с бортовой электроникой. Этот провод и подключённую к нему микрофонную систему неожиданно эффективно использовали в качестве случайного детектора молний. Микрофон SuperCam предназначался для наблюдения за акустической средой Марса, однако также были обнаружены небольшие электрические переходные процессы.
При исследовании источника этих переходных процессов было обнаружено, что за некоторыми из них следуют звуки. Авторы убедительно показали, что переходные процессы были вызваны искровыми разрядами, при этом электромагнитные сигналы, улавливаемые катушкой, сопровождались акустическими сигналами от микрофона. Эти наблюдения аналогичны тому, как вы видите вспышку света, а затем слышите последующий раскат грома.
Исследуя разницу во времени между акустическими и электрическими сигналами, авторы установили, что искровые разряды происходят вблизи марсианского посадочного модуля — всего в нескольких метрах. Кроме того, было обнаружено, что такие явления чаще происходят во время пылевых бурь или когда пыльные вихри проносятся над марсоходом.
Для однозначного доказательства нового явления обычно необходимы два независимых источника подтверждающей информации. Например, наличие молний на Сатурне подтверждается отдельными наблюдениями с космических аппаратов и с Земли. Однако при слабых разрядах обнаружение на расстоянии гораздо менее достижимо или даже невозможно. Для таких слабых событий на Марсе необходимо обнаружение в атмосфере.
Хотя для их обнаружения использовалась одна и та же сигнальная система, электрические и акустические сигналы передавались по-разному. Аналогичная ситуация могла бы быть, например, с радиопередачей, сделанной вблизи грозы. Эффект от удара молнии мог вызвать треск помех, который был бы уловлен аналоговым радио незадолго до того, как вы услышали бы гром в эфире. То же самое радио предоставляет эти два сигнала, однако они, по-видимому, наблюдаются независимо.
Обнаружение того, что на Марсе происходят электрические разряды, имеет различные последствия. Атмосферное электричество может вызывать химические реакции, такие как образование сложных молекул, возможно, связанных с происхождением жизни. Существуют также практические применения для будущих космических миссий.
Пыль была значительной проблемой во время миссий «Аполлон» при посадке на поверхность Луны, поскольку она легко проникает в любые механические системы. Защита от пыли является важной частью планирования путешествия человека на Марс. Все эти проблемы усугубляются, когда пыль создаёт искры, что может привести к сбоям в работе электронных схем.
К счастью, вам не придётся сильно беспокоиться, когда пыльный вихрь приблизится во время вашей следующей поездки по пустынным трассам; вы можете просто проехать через него, хотя этот опыт может напомнить вам, что на Марсе вы можете увидеть искры в пыли.