Пыль на марсианских спутниках опасна для посадочных модулей
Группа российских физиков показала, что в приповерхностном слое на освещенной стороне Деймоса — второго по величине спутника Марса — происходит формирование пылевой плазмы, опасной для будущих миссий.
Заряженная пыль на марсианских спутниках несет угрозу работе посадочных модулей будущих миссий к этим объектам. Ученые определили характеристики пылевых частиц и электрических полей, в которых формируется пылевая плазма, и обнаружили, что из-за малой гравитации над поверхностью Деймоса поднимаются существенно более крупные пылевые частицы, чем над поверхностью Луны. Работа опубликована в журнале Plasma Physics Reports.
В последние годы происходит активное исследование Марса и его спутников космическими аппаратами. Уже 15 лет работает орбитальный аппарат миссии Mars Express, орбита которого позволяет проводить регулярные наблюдения спутника Красной планеты — Фобоса. В этом году на рабочую орбиту вокруг Марса вышел аппарат Trace Gas Orbiter миссии ExoMars. Поверхность планеты бороздят марсоходы NASA Opportunity и Curiosity.
Спутники Марса — Фобос и Деймос — также вызывают интерес в том числе тем, что обладают слабым гравитационным полем, в тысячи раз меньшим, чем земное, а значит, являются отличными объектами для пилотируемых полетов. Посадка космического аппарата на такой объект скорее напоминает стыковку с другим аппаратом, чем приземление на планету. И последующий взлет не потребует большого количества топлива и мощных двигателей. Поэтому в середине следующего десятилетия планируется запуск к Фобосу миссии «Фобос-Грунт 2» с посадочным модулем, который должен доставить на Землю образцы поверхностного грунта спутника Марса.
Поверхность марсианских спутников покрыта пылью, которая состоит из крупинок реголита, образовавшегося в результате микрометеороидной бомбардировки. Слабая гравитация усиливает роль пыли на Деймосе, поскольку даже небольшое возмущение, связанное с посадкой исследовательского аппарата, может привести к формированию массивного пылевого облака над поверхностью. Деймос фактически не имеет атмосферы, поэтому его поверхность заряжается под действием электромагнитного излучения Солнца и плазмы солнечного ветра, чего по большому счету не происходит с космическими объектами, покрытыми атмосферой, как Земля. При взаимодействии с солнечным излучением, вследствие фотоэффекта, поверхностью и пылевыми частицами испускаются электроны. В результате грунт и отдельные пылевые частицы положительно заряжаются и начинают электростатически отталкиваться — пыль поднимается над поверхностью.
«Когда мы рассматриваем Фобос и Деймос, можно учитывать только электростатическое взаимодействие пыли с поверхностью. Такое приближение, по нашим расчетам, должно хорошо работать для этих объектов. По аналогии с Луной — в случае с Деймосом можно ожидать, что основная часть пылевых частиц содержится именно в приповерхностном слое. Образование пылевой плазмы здесь связано с зарядкой пылевых частиц, их взаимодействием с заряженной поверхностью Деймоса, последующим подъемом и движением заряженной пыли», — говорит соавтор работы, доктор физико-математических наук, профессор кафедры общей физики МФТИ, заведующий лабораторией плазменно-пылевых процессов в космических объектах ИКИ РАН Сергей Попель.
Вторая космическая скорость для Фобоса и Деймоса — то есть минимальная скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно покинуло орбиту этих спутников — очень небольшая: для Фобоса — 10 м/с, для Деймоса — 6 м/с. Поэтому часть поднявшихся высоко над поверхностью пылевых частиц улетает от этих объектов в космическое пространство. Эта пыль может создавать так называемое пылевое гало между Фобосом, Деймосом и Марсом.
«На Луне слой реголитовой пыли на поверхности составляет около четырех сантиметров. Чаще всего встречаются частички пыли размером 50-70 микрон. В связи с тем, что гравитация на Луне достаточно большая по сравнению с Фобосом и Деймосом, из-за электростатического взаимодействия могут подниматься над поверхностью в основном частички до 100 нанометров в размере. Поэтому их тяжело обнаружить, но вред здоровью они могут причинить очень большой, вызвав у космонавта заболевания верхних дыхательных путей типа силикоза», — продолжает Сергей Попель.
Рабочие, которые заняты в строительной промышленности, вдыхают силикатную пыль. Попадая в легкие, эти наночастицы провоцируют возникновение злокачественных образований — силикоза. То же самое может случиться с космонавтом на Луне: при прогулке по поверхности, где из-за слабой атмосферы адгезия очень большая (адгезия — способность частиц прилипать к чему-либо), на скафандр налипает мелкая пыль. А в космическом модуле, где поддерживается нормальное давление, адгезия гораздо меньше — пыль отлипнет от скафандра и попадет в воздух. И космонавты будут эту наноразмерную пыль вдыхать.
На Фобосе и Деймосе, где гравитация гораздо меньше лунной, взлетают и более крупные пылевые частицы — порядка микрона или нескольких микрон. Для таких частиц адгезия гораздо слабее. При этом эффекты, связанные с пылью, будут все еще существенны для космических аппаратов: аппарат совершил посадку — поднялось облако пыли, которая опустится на солнечные батареи. В результате аппарат окажется без энергии.
Получается, определение распределения пылевых частиц в приповерхностном слое по размерам и по высотам над поверхностью будет полезно для будущих миссий, предполагающих спуск аппаратов на поверхность этих спутников. На высотах, много больших характерного линейного размера Деймоса (15 километров), пылевые частицы уже рассматривались учеными ранее. Однако о параметрах пыли в приповерхностном слое, то есть на высотах меньше 15 километров, практически нет данных.
«В своей работе мы описали свойства пылевой плазмы в приповерхностном слое над освещенной частью Деймоса, вычислили электрические поля, а также параметры фотоэлектронов и пыли над поверхностью Деймоса. Мы исследовали, как влияют на взаимодействие пыли с заряженной поверхностью солнечное излучение и фотоэффект, и определили распределение пылевых частиц на поверхности Деймоса», — заключает Сергей Попель.
В работе принимали участие ученые из Института космических исследований РАН, МФТИ и НИУ ВШЭ. Работа была поддержана Президиумом РАН и Российским фондом фундаментальных исследований.
Telegram 
Дзен 
VK Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Ученые нашли признак, который позволяет точно оценить пластичность органических кристаллов, востребованных в устройствах гибкой электроники и робототехнике. Ранее считалось, что хорошо гнутся материалы со слоистой структурой, где молекулы внутри слоя связаны крепко, а между слоями — слабо. Оказалось, что этих требований недостаточно и важно учитывать также энергию, которую нужно затратить на то, чтобы сдвинуть слои друг относительно друга — чем она ниже, тем материал более гибкий. Открытие упростит проектирование и создание органических кристаллов с заданными свойствами.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Ученые НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали метод, который позволяет быстро оценить, насколько прочно пленка сцеплена с подложкой. Это важно для создания сверхвысокочастотных акустических фильтров — ключевых элементов связи нового поколения 5G и 6G. Возможность измерить поперечную жесткость сцепления между пленкой из двумерного материала и подложкой таким способом получена впервые.
Коллектив российских исследователей из Института космических исследований РАН и МФТИ развил теорию холловской магнитогидродинамики так, чтобы она могла описывать тепловую конвекцию в частично ионизованной плазме с учетом вязкости и теплопроводности.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно