Виявлення радіосигналів блискавки на Марсі
Вперше на Марсі зафіксовано “вовчий” радіосигнал, схожий на розряд блискавки. Під час обльоту червоної планети космічний апарат NASA MAVEN 21 червня 2015 року зареєстрував незвичайний електромагнітний сигнал. Дослідники довели, що сигнал відповідає типу “вовчого” – розсіяної радіохвилі, яка виникає, коли викиди, викликані блискавками, проходять через іоносферу планети.
Електричні розряди в атмосфері Марса
Це відкриття свідчить про те, що електричні розряди дійсно відбуваються в атмосфері Марса, і що радіохвилі, які вони випромінюють, слідують тим самим фізичним законам, що й сигнали блискавки на Землі. Хоча Земля і Марс схожі в багатьох аспектах, вони достатньо відрізняються, щоб науковці не могли бути впевненими, що однакові явища відбуваються на обох планетах, не кажучи вже про те, що вони викликані однаковими механізмами.
Що таке блискавка?
Блискавка – це потужні зигзаги електрики, які, як вважається, виникають, коли турбулентні умови в атмосфері зрушують частинки, терти їх разом для генерації заряду. Зрештою, накопичується настільки багато заряду, що він має розрядитися. На Землі блискавка найсильніше асоціюється з хмарами водяної пари, але в атмосфері Марса дуже мало води.
Атмосферні умови на Марсі
Марс схильний до екстремальних пилових бур і інших погодних явищ. Однак хороша новина полягає в тому, що вологість не є обов’язковою умовою. На Землі блискавичні розряди можуть виникати в величезних викидах попелу, вивержених вулканами. І лише минулого року вчені оголосили, що вони нарешті виявили електричні розряди на Марсі, ймовірно, викликані зсувом частинок піску в диких пилових бурях планети.
Як працює “вовчий” сигнал?
“Вовчий” сигнал – це особливий тип сигналу, що випромінюється блискавкою. Коли блискавка вражає, вона випромінює електромагнітне випромінювання, яке включає спектр, що охоплює світло – від низькочастотних радіохвиль до рентгенівських променів. Низькочастотні радіохвилі в цьому випромінюванні можуть просочуватися вгору через іоносферу планети, подорожуючи як плазмові хвилі уздовж ліній магнітного поля. Оскільки високочастотні хвилі подорожують швидше, ніж низькочастотні, сигнал розширюється в часі. Коли його перетворюють на звук з даних плазмових хвиль, він видає спадаючий тон, подібний до віддаленого крику кита.
Відео приклад “вовчих” сигналів
Нижче наведено приклад “вовчих” сигналів, згенерованих блискавкою під час вулканічного виверження на Землі.
Чи можливі “вовчі” сигнали на Марсі?
Марс не має глобального магнітного поля, тому малоймовірно, що “вовчі” сигнали можуть там поширюватися. Однак у нього є локалізовані ділянки магнітного поля, збережені через магнітні мінерали в його корі – своєрідний фосилізований залишок магнітного поля, яке колись існувало.
Дослідження та результати
Дослідження, проведені десятиліття тому, показали, що ці коркові магнітні поля можуть полегшити “вовчі” сигнали. MAVEN почав спостереження за Марсом в 2014 році, обладнаний комплектом інструментів, до якого входив прилад для запису плазмових хвиль, що працює в потрібних частотах.
Керована фізиком атмосфери Франтішеком Нємцем з Карлового університету в Чехії, команда вчених провела ретельне дослідження 108,418 записів плазмових хвиль, шукаючи характерні ознаки “вовчого” сигналу. Вражаюче, але вони знайшли один. І ще більш вражаюче, що він відповідав прогнозам, зробленим десятиліття тому.
Єдиний “вовчий” сигнал був зареєстрований над корковим магнітним полем на висоті 349 кілометрів (217 миль) на нічному боці Марса. Ця остання частина критично важлива: коли планета під променями сонця, іоносфера Марса стискається, що пригнічує поширення плазмових хвиль.
Сигнал та його потужність
Цей сигнал виглядав дуже схожим на “вовчі” сигнали на Землі. Він тривав близько 0,4 секунди, знижуючи частоту з часом, і був приблизно в 10 разів сильнішим за фоновий шум. Коли команда моделювала магнітне поле Марса та густину плазми в цьому регіоні, а також враховувала, скільки часу потрібно сигналу, щоб дійти до поверхні, вони отримали майже ідеальне співпадіння.
Це не була б слабка блискавка. Навіть якщо виміряний сигнал був відносно слабким у порівнянні з “вовчими” сигналами Землі, коли дослідники врахували втрати сигналу під час подорожі, оцінена енергія на джерелі була б порівнянна з сильною блискавкою за земними стандартами. Це також показує, чому більше таких сигналів ще не було виявлено. Окрім того, що у нас дуже мало орбітальних інструментів для моніторингу Марса в порівнянні із Землею, умови мають бути точними: майже вертикальне магнітне поле, у нічний час, з настільки слабкою іоносферою, що плазмові хвилі можуть поширюватися.
Висновки
Менше ніж 1 відсоток знімків хвиль було зареєстровано в районах із правильною магнітною геометрією. Отже, необхідно, щоб потужний електричний розряд відбувався в конкретному місці та в конкретний час, а космічний апарат, що несе правильні інструменти для його реєстрації, проходив мимо в потрібний момент. Це означає, що блискавка на Марсі, ймовірно, відбувається частіше, ніж ми знаємо, що саме по собі є досить захоплюючим – з ще більш захоплюючими наслідками.
Деякі експерименти з походження життя в лабораторії показали, що електричні розряди можуть сприяти утворенню ключових органічних молекул – процеси, схожі на блискавку, які могли допомогти запустити преорганічну хімію на ранній Землі. Якщо подібні розряди відбуваються на Марсі, ці процеси стають ще одним чинником, який астробіологи можуть розглянути при оцінці, чи мала червона планета коли-небудь умови, придатні для життя.
Дослідження було опубліковано в Science Advances.