Исследователи из ИКИ РАН, МФТИ и Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН провели полевой эксперимент в засушливых районах Калмыкии и показали, как в пылевых вихрях формируются электрические разряды. Для работы использовали комплекс приборов, разработанный для исследования Марса, что позволило получить данные, важные как для земной климатологии, так и для планирования будущих миссий на Красную планету. Статьи по итогам проекта вышли, в том числе, в Nature и Theoretical and Applied Climatology.
Авторы напоминают, что пыль в атмосфере участвует в формировании облаков и переносе аэрозолей. В сухих регионах при подъёме и перемещении песка происходит трибоэлектризация: частицы при столкновениях обмениваются электронами и накапливают заряд. На Марсе, где атмосфера крайне сухая и разреженная, такие процессы сопровождают крупные пылевые бури, охватывающие планету и создающие сильные электрические поля, способные мешать работе электроники и радиосвязи.
Чтобы приблизиться к марсианским условиям, учёные развернули «Пылевой комплекс» в калмыцкой степи. Приборный блок ИКИ РАН включает датчики механических ударов, сенсоры электрического поля и высокочувствительный анализатор электромагнитных сигналов. Наблюдения проводили днём в периоды жары и умеренного ветра, когда поверхность прогревалась до 50 °C и поднимались облака пыли.
Эксперимент показал, что главным условием запуска разрядов становится влажность воздуха. Как только относительная влажность опускалась ниже 30%, фиксировался резкий рост числа и мощности импульсов длительностью несколько микросекунд. Это означает, что в сухой атмосфере заряд на частицах накапливается быстрее, поскольку влага не препятствует накоплению потенциала до момента микроразряда. Дополнительно был подтверждён вклад баллоэлектрического эффекта, возникающего при испарении мельчайших водяных плёнок с поверхности песчинок.
Зарегистрированные сигналы разделили на высокочастотные импульсы выше 300 килогерц, связанные с быстрыми микроразрядами, и низкочастотные колебания, обусловленные турбулентностью воздушного потока. Анализ формы волны выявил повторяющийся профиль с резким пиком и последующей резонансной фазой, что указывает на устойчивое происхождение сигналов.
Отмечена и связь с солнечным излучением: максимальная электромагнитная активность наблюдалась днём, когда нагрев усиливал конвекцию и закручивал пыль в вихри, а ночью сигналы почти исчезали.
Аспирант МФТИ и сотрудник ИКИ РАН Абделаал Мохамад Эссам Сайед сообщил, что полученные результаты можно рассматривать как надёжный аналог для марсианской поверхности: несмотря на различия в давлении и составе атмосферы, механизмы контактной электризации схожи. В дальнейшем команда планирует расширить полевые измерения и провести лабораторное моделирование, чтобы уточнить вклад минерального состава пыли и других факторов. Исследователи подчёркивают, что понимание поведения заряженной пыли важно для защиты марсианской электроники, планирования радиосвязи и оценки рисков для скафандров и оборудования будущих экспедиций.