Следы пыли дьявола. Изображение предоставлено NASA / JPL. нажмите, чтобы увеличить
Ах, марсианское лето! Наконец, дни длинные, как на дорогой старой Земле. И дневные максимумы взлетают до мягких 20 ° C (68 ° F) от летнего ночного минимума -90 ° C (-130? F), означая, что вы и ваши коллеги-космонавты можете разогреть свои машины раньше, чтобы получить хорошее начало горных работ.
Пылевые дьяволы на Марсе образуются так же, как в пустынях на Земле. «Вам необходим сильный нагрев поверхности, чтобы земля могла нагреваться сильнее, чем воздух над ней», - объясняет Леммон. Нагретый менее плотный воздух близко к земле поднимается, пробивая слой более холодного плотного воздуха над ним; поднимающиеся струи горячего воздуха и падающие струи холодного воздуха начинают циркулировать вертикально в конвекционных камерах. Теперь, если дует горизонтальный порыв ветра, «он поворачивает конвекционные ячейки по бокам, и они начинают вращаться горизонтально, образуя вертикальные колонны и запуская пылевого дьявола».
Горячий воздух, поднимающийся через центр колонны, приводит в движение вихревой воздух еще быстрее - достаточно быстро, чтобы начать собирать песок. Песок, вымывающий землю, затем удаляет мелкую пыль, и центральная колонна горячего поднимающегося воздуха поднимает эту пыль высоко над землей. Как только господствующие горизонтальные ветры начнут толкать пыльного дьявола по земле, берегитесь!
«Если бы вы стояли рядом с марсоходом Духа [в кратере Гусева] в середине дня, вы могли бы увидеть полдюжины пыльных дьяволов», - говорит Леммон. Каждый марсианский весенний или летний день пылевые дьяволы начинают появляться примерно в 10 часов утра, когда земля нагревается, и начинают стихать примерно в 3 часа дня, когда земля остывает (солнечный день Марса, равный 24 часам 39 минутам, всего на 39 минут длиннее земных). Хотя точная частота и продолжительность марсианских пылевых дьяволов неизвестна, фотографии с Mars Global Surveyor на орбите показывают бесчисленные блуждающие следы на всех широтах планеты. Эти следы пересекают поверхность, где пылевые дьяволы счищают рыхлый поверхностный материал, чтобы обнаружить под землей разноцветную почву.
Кроме того, настоящие пылевые дьяволы были сфотографированы с орбиты - некоторые из них достигают 1–2 км в поперечнике у своей базы и (из их теней) отчетливо возвышаются на 8–10 км в высоту.
Однако то, что Фаррелл преследует пылевых дьяволов в пустыне Аризоны, это странный факт, что земные пылевые дьяволы электрически заряжены, и марсианские пылевые дьяволы тоже могут быть такими.
Пылевые дьяволы получают заряд от песчинок и пыли, втирающейся в вихрь. Когда некоторые пары разнородных материалов теряются вместе, один материал отдает часть своих электронов (отрицательных зарядов) другому материалу. Такое разделение электрических зарядов называется трибоэлектрическим зарядом, приставка «трибо» (произносится TRY-bo) означает «трение». Трибоэлектрическая зарядка заставляет ваши волосы встать дыбом, когда вы натираете воздушный шар на голову. Пыль и песок, как пластик и волосы, образуют трибоэлектрическую пару. (Пыль и песок не обязательно состоят из одного и того же материала, отмечает Леммон, потому что «пыль может быть взорвана откуда угодно».) Меньшие частицы пыли имеют тенденцию заряжаться отрицательно, забирая электроны из более крупных зерен песка.
Поскольку поднимающаяся центральная колонна горячего воздуха, которая питает пылевого дьявола, несет отрицательно заряженную пыль вверх и оставляет тяжелый положительно заряженный песок, циркулирующий около основания, заряды разделяются, создавая электрическое поле. «На Земле с помощью приборов мы измерили электрические поля порядка 20 тысяч вольт на метр (20 кВ / м)», - говорит Фаррелл. Это арахис по сравнению с электрическими полями в земных грозах, где молния не вспыхивает до тех пор, пока электрические поля не станут в 100 раз больше - достаточно, чтобы ионизировать (разбить) молекулы воздуха.
Но всего 20 кВ / м «очень близко к разрушению тонкой марсианской атмосферы», указывает Фаррелл. Что еще более важно, марсианские пылевые дьяволы настолько больше, чем их земные аналоги, что их запасенная электрическая энергия может быть намного выше. «Как эти поля разряжаются?» он спросил. «У вас была бы марсианская молния внутри пыльных дьяволов?» Даже если молния обычно не возникает естественным образом, присутствие космонавта, ровера или среды обитания может вызвать нитевидные разряды или локальное искрение. «То, что вам действительно нужно остерегаться, это углы, где электрические поля могут стать очень сильными», - добавляет он. «Возможно, вы захотите сделать свое транспортное средство или среду обитания округленными».
Фаррелл предупреждает, что для астронавтов на Марсе еще одним соображением может быть «радиостатичность, когда заряженные зерна попадают на антенны с оголенными проводами». И после того, как пыль дьявол прошел и ушел, прочным сувениром его прохождения будет усиленная адгезия пыли к скафандрам, транспортным средствам и средам обитания с помощью электростатического сцепления - то же самое явление, при котором носки слипаются, когда их вытаскивают из одежды. Сушилка - затрудняет очистку перед повторным входом в среду обитания.
Поскольку марсианские пылевые дьяволы могут возвышаться на высоту от 8 до 10 километров, метеорологи-планетологи теперь считают, что дьяволы могут быть ответственны за выброс такого большого количества пыли в атмосферу Марса. Для астронавтов важно, что эта пыль может нести отрицательные заряды также высоко в атмосферу. Накопление заряда на вершине бури может представлять опасность для ракеты, взлетающей с Марса, как это произошло с Аполлоном 12 в ноябре 1969 года, когда он стартовал из Флориды во время грозы: выхлоп ракеты ионизировал или разрушал молекулы воздуха, оставляя След заряженных молекул вплоть до земли, вызывая удар молнии, поразивший космический корабль.
«Ранние мореплаватели, такие как Колумб, понимали, что их корабли должны быть спроектированы для экстремальных погодных условий», - отмечает Фаррелл. «Чтобы спроектировать миссию на Марс, нам нужно знать крайности марсианской погоды - и эти крайности кажутся в форме пыльных бурь и дьяволов».
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
