Ученые впервые обнаружили разряды атмосферного электричества на Красной планете. Это открытие многое говорит о судьбе марсианской органики и местном климате. Возможно, оно отвечает и на вопрос, почему грунт Марса отравлен перхлоратами. Научная статья об открытии опубликована в журнале Nature.
В объятьях дьявола
Ежесекундно на Земле вспыхивает от 40 до 120 молний. На Марсе такое невозможно, прежде всего потому, что там очень сухо. В атмосфере в сотни раз меньше водяного пара, чем даже в самых засушливых районах Земли. Поэтому облака очень редки, образуются на большой высоте и состоят не из капель воды, а из кристаллов льда. Если в таком облаке и накопится какой-никакой электрический заряд, до молнии дело не дойдет. И все же ученые давно подозревали, что на Красной планете есть атмосферное электричество. Его источник — не влага, а пыль.
Марс напоминает земную пустыню, выкрученную на максимум. Здесь очень сухо, очень пыльно и очень ветрено (правда, совсем не жарко: даже в летний полдень на экваторе температура не поднимается выше нуля). От пыли марсианское небо желтоватое, а солнце выглядит голубым. Типичная скорость ветра 15–30 км/ч, но бывает и 100 км/ч. Правда, из-за низкой плотности «воздуха» напор ветра ничтожен, но легкой пыли хватает и этого.
В земных пустынях случаются вихри под названием пылевые, или пыльные, дьяволы (dust devils). Это узкие вращающиеся столбы поднимающейся пыли. Для Красной планеты такие «дьяволы» — обыденное явление. Бывают там и пылевые вихри покрупнее, до сотен метров в диаметре. Случаются пыльные бури, охватывающие тысячи километров поверхности, а порой даже всю планету.
Геофизики знают, что в земных пыльных дьяволах пылинки электризуются из-за трения друг от друга. Примерно так же накапливает заряд синтетическая одежда в сухом воздухе. Правда, в земных пустынях дело не доходит до искр. Электрические поля в пыльных вихрях слишком слабы, чтобы пробить разрядом земной воздух. Мощные молнии в облаке пыли можно наблюдать разве что при вулканических извержениях, когда электризуется выброшенный вулканом пепел.
Естественно предположить, что пыль электризуется и на Марсе, и вот с местной атмосферой дело может дойти и до искр. Однако до сих пор тому были только косвенные свидетельства: уж очень настойчиво марсианская пыль липнет к земной технике, словно волосы к платью дамы, забывшей воспользоваться спреем-антистатиком.
Теперь же ученые зафиксировали настоящие электрические разряды, правда, сильно уступающие по размаху земным молниям.
Гром в космической дали
В открытии марсианских «молний» помог марсоход Perseverance. Аппарат оснащен двумя микрофонами — первыми микрофонами, работающими на Марсе. В этом исследовании использован микрофон прибора SuperCam.
Устанавливая его на ровер, инженеры не предполагали услышать удары грома. У инструмента SuperCam другое назначение. Чтобы исследовать местный грунт, марсоход периодически испаряет его лучом лазера. Приборы ровера определяют состав пород по спектру выделившихся газов. Роль микрофона вспомогательная: зафиксировать звук «взрыва».
Прослушивая эти записи, планетологи обнаружили нечто весьма похожее на испарение грунта — но в те моменты, когда лазер не делал никаких выстрелов. Звуки не были похожи на шум ветра, удары пылинок в микрофон или другие явления, уже знакомые исследователям. Структура акустического сигнала явно говорила: это ударная волна. Такие волны расходятся в атмосфере от точек, где на короткое время сильно повысилась температура — например, произошел взрыв, лазер испарил грунт или… ударила молния.
За два марсианских года микрофон включался в среднем раз в два местных дня, или сола, на 167 секунд. Всего набралось 28 часов записи. «Удары грома» отмечались в общей сложности 55 раз за восемь «гроз». Самым урожайным выдался 317-й по счету сол после посадки марсохода, когда раздался 31 хлопок.
В семи случаях «ударам грома» предшествовали электрические помехи в работе микрофона — как раз такие, какие и должны возникать при близком разряде. Звук распространяется медленнее электромагнитных волн, тем более в разреженной марсианской атмосфере. Судя по задержке между электромагнитными помехами и хлопком, разряды происходили на расстояниях от двух метров до нескольких сантиметров от микрофона.
Если это действительно электрические разряды в гонимой ветром пыли, естественно предположить, что «грозы» случаются в ветреные дни. Солы, когда было зафиксировано 54 из 55 событий, действительно попали в верхние 30% по силе порывов ветра.
Чтобы окончательно убедиться в своей правоте, исследователи провели эксперименты с наземным двойником марсианского микрофона. Электрические разряды вблизи него породили сигнал, очень похожий на наблюдавшийся на Марсе.
Большая сила маленького электричества
Молнии Красной планеты следует назвать скорее искрами, а гром — треском. Земные молнии, бьющие из облака в землю, преодолевают сотни метров или даже километры. Мощная молния высвобождают тысячи киловатт-часов энергии. Искрам в марсианской пыли далеко до таких масштабов. Как вычислили исследователи, их протяженность едва достигает сантиметра, а энергия варьируется от нано- до миллиджоуля. Даже миллиджоуль — это всего лишь энергия десятиграммовой гирьки, упавшей с метровой высоты.
Если марсианские молнии столь ничтожны, стоит ли вообще о них говорить? Да. Раз уж столь редко включаемый микрофон, вовсе не предназначенный для таких целей, зафиксировал их 55 раз, то они вспыхивают регулярно и повсеместно. И хотя каждая из этих искр невелика, вместе они могут многое менять на целой планете. Отдельная капля дождя тоже мала, но скажите это человеку, пережившему наводнение!
Что именно меняет марсианское атмосферное электричество? Прежде всего, оно помогает пылинкам воспарять над поверхностью. Пыли на Марсе столько, что она сильно влияет на освещенность планеты, а через нее — на розу ветров, и вообще является важным фактором климата.
Кроме того, в электрических разрядах могут образовываться сильные окислители, такие как перекись водорода. Эти агрессивные вещества способны разрушать органику. Органика на Марсе есть, так что молнии не уничтожают ее до конца, но, вероятно, сдерживают ее образование. Это не очень приятная новость в свете поиска марсианских микробов, однако важная для понимания местной химии. Наконец, молнии могут быть ответом на вопрос, почему марсианский грунт отравлен перхлоратами. Эти ядовитые соли могут образовываться из местных компонентов как раз под действием электрических разрядов.
Опасны ли молнии для работающих на Марсе аппаратов? Вообще, посадочные зонды и раньше было принято заземлять, и пока не было ни одной аварии, причиной которой достоверно был бы электрический разряд. Но теперь такую возможность надо учитывать еще тщательнее.
Так или иначе, разряды атмосферного электричества на другой планете — интересное явление. До сих пор молнии были зафиксированы на Юпитере, Сатурне и, возможно, Венере. Теперь в список добавился Марс, если исследователи, несмотря на все их убедительные свидетельства, все-таки не ошиблись. В конце концов, электрические разряды на Красной планете ученые только слышали, но не видели. Возможно, на будущих марсианских зондах будут приборы специально для исследования молний, и они окончательно прояснят вопрос.