Международная команда из Института космических исследований РАН, МФТИ и Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН провела полевые измерения в калмыцкой степи и показала, как в пылевых бурях рождаются электрические разряды. Учёные использовали аппаратуру, изначально созданную для марсианской миссии, и зафиксировали короткие электромагнитные импульсы, возникающие при движении песка и пыли. О результатах работы, имеющей прямое отношение к будущим исследованиям Марса, сообщается в журналах Nature и Theoretical and Applied Climatology.
Пыль в атмосфере, подчёркивают авторы, участвует в сложных физических процессах. В засушливых регионах при подъёме песка ветром частицы постоянно сталкиваются и обмениваются зарядами — этот механизм известен как трибоэлектризация. В итоге пылевая буря превращается в источник статического электричества. На Марсе, где атмосфера разрежена и очень суха, глобальные пылевые бури способны охватывать всю планету, формируя мощные электрические поля, опасные для техники и людей.
Чтобы приблизиться к реальным условиям, исследователи развернули приборный комплекс «Пылевой комплекс» в пустынных районах Калмыкии. Этот набор датчиков ударов, сенсоров электрического поля и электромагнитного анализатора разрабатывался в ИКИ РАН для посадочной платформы «Экзомарс‑2022», но после отмены миссии был использован на Земле. Измерения проводили в жаркие и сухие дни при умеренном ветре, когда температура поверхности доходила до 50 °C и легко поднимались пылевые вихри.
Анализ показал, что решающим фактором для появления всплесков электромагнитного излучения стала влажность воздуха. При снижении относительной влажности ниже 30% число и интенсивность микросекундных импульсов резко возрастали. Это говорит о том, что в сухих условиях заряд на частицах накапливается эффективнее. Дополнительно выявлен вклад баллоэлектрического эффекта, когда заряд возникает при испарении микроскопических капель воды с поверхности песчинок.
Учёные разделили зарегистрированные сигналы на высокочастотные импульсы (выше 300 килогерц), связанные с микроразрядами между частицами пыли, и низкочастотные колебания, возникающие из‑за турбулентности воздуха. Форма сигналов — резкий пик и последующая резонансная «хвостовая» часть — указывает на устойчивый характер разрядов, а не случайный шум.
Зафиксирована и связь с солнечной радиацией: максимум активности приходился на дневные часы, когда нагрев поверхности усиливал конвекцию и закручивал пыль в вихри. Ночью электрические сигналы почти исчезали.
Аспирант МФТИ и сотрудник ИКИ РАН Абделаал Мохамад Эссам Сайед объяснил, что полученные данные можно рассматривать как аналог марсианских условий: при отличающемся давлении и составе атмосферы базовая физика контактной электризации остаётся сопоставимой. Научная группа планирует расширить географию наблюдений и провести дополнительные лабораторные опыты, чтобы уточнить роль минерального состава пыли и других параметров. Авторы подчёркивают, что такие данные необходимы для проектирования марсоходов, посадочных систем и будущих пилотируемых миссий, которым предстоит работать в условиях пыльных бурь и сильных электрических полей.