В записях, полученных марсоходом «Персеверанс», учёные впервые обнаружили электрические разряды, зафиксированные во время бурных пыльных явлений и вихрей на Марсе — не один раз, а 55 раз за два марсианских года наблюдений.
Важно, что пыльная погода, при которой происходили эти явления, раскрывает специфические условия, необходимые для генерации электричества в разреженной, абсолютно сухой атмосфере Марса, о которых учёные давно подозревали.
Считается, что молния возникает, когда турбулентные условия в атмосфере сбивают вместе частицы, трение которых приводит к генерации заряда. В конце концов, заряд накапливается настолько, что ему нужно куда-то уйти, что приводит к разряду.
Молнии на Земле происходят повсеместно и наиболее сильно ассоциируются с облаками водяного пара, но влажность не является обязательным условием. Молниевые разряды бушуют, например, в гигантских облаках пепла, извергаемых вулканами.
Даже песчаные бури, сухие силикатные частицы которых являются изоляторами, а не проводниками, могут генерировать достаточно заряда, чтобы вызвать электрические разряды.
Учёные предположили, что аналогичные механизмы могут действовать на Марсе, несмотря на то, что его атмосфера, состоящая преимущественно из углекислого газа, намного разреженнее и суше земной.
В конце концов, молнии были зарегистрированы на Юпитере и Сатурне и предварительно обнаружены на Нептуне и Уране, которые также значительно отличаются от Земли (вопрос наличия молний на Венере остаётся открытым).
Модели показывают, что если на Марсе и бывают электрические разряды, то, скорее всего, близко к поверхности, где атмосферное давление наиболее высокое. К счастью, у нас есть активные марсоходы на поверхности Марса, и один из них, «Персеверанс», оснащён прибором, способным обнаруживать признаки молнии.
Под руководством планетолога Баптиста Чиде из Тулузского университета во Франции группа учёных проанализировала данные, собранные микрофоном SuperCam Perseverance, устройством, способным записывать звуковые данные и электромагнитные помехи.
Они внимательно изучили 28 часов записей микрофона, ища признаки электрического разряда среди вихревой пыли планеты. Они обнаружили 55 событий, семь из которых полностью зафиксировали характерную сигнатуру электрического разряда. Сначала прибор регистрирует внезапный электронный «всплеск», вызванный электромагнитными помехами. За этим всплеском следует затухание, длящееся около 8 миллисекунд.
Семь событий, полностью зафиксированных «Персеверанс», завершились акустической сигнатурой крошечного звукового удара, созданного электрическим разрядом, нагревающим и расширяющим воздух вокруг него — небольшим, крошечным раскатом грома.
Чтобы убедиться, что записи действительно описывают миниатюрные разряды молний, исследователи использовали копию SuperCam здесь, на Земле. Они записали электрические разряды, повторяющие профиль записей с Марса.
Интересно, что высокая концентрация пыли в атмосфере сама по себе была недостаточна для производства электричества.
Подавляющее большинство событий — 54 из 55 — произошло во время 30% самых сильных ветров, зарегистрированных «Персеверанс» на Марсе в течение периода исследования, причём большинство из них было связано с фронтами пыльных бурь. 16 электрических разрядов было зарегистрировано во время двух встреч «Персеверанс» с пыльными вихрями.
Судя по шести из семи зарегистрированных раскатов грома, большинство разрядов были крошечными, всего от 0,1 до 150 наноджоулей. Седьмое акустическое событие было самым мощным, его сила составила 40 миллиджоулей, что соответствует разряду от марсохода в грунт, вероятно, связанному с накоплением заряда от трения частиц о сам «Персеверанс».
Для сравнения, средняя молния от облака до земли на Земле разряжается примерно на миллиард джоулей. Таким образом, молния, как она проявляется на Марсе, сильно отличается от молнии на Земле, но она существует, и это имеет некоторые интересные последствия.
Очевидное заключается в том, что это может помочь в разработке будущих технологий исследования Марса, чтобы защитить их от электрических разрядов, о которых мы теперь знаем. Как и в случае с ранней Землёй, планетологи теперь могут более точно моделировать химические реакции в атмосфере Марса, которые будут происходит благодаря электрическим разрядам.