Заряженная пыль Деймоса мешает исследовать Марс

Над поверхностью освещенной стороны Деймоса — второго по величине спутника Марса — образуется слой пылевой плазмы — ионизированного газа, содержащего частички пыли. Эта плазма угрожает 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.

Поверхность спутников Марса — Фобоса и Деймоса — покрыта пылью, которая состоит из крупинок реголита. Так называют грунт, образовавшийся после бомбардировки поверхности спутников микрометеоритами. Слабая гравитация усиливает роль пыли на Деймосе, поскольку даже небольшое возмущение, связанное, например, с посадкой исследовательского аппарата, может привести к формированию массивного пылевого облака над поверхностью.

Электромагнитное излучение Солнца и плазма солнечного ветра заряжает поверхность Деймоса. С Землей такого не происходит, поскольку нашу планету защищает атмосфера, а на Деймосе ее фактически нет. Вследствие фотоэффекта поверхность и пылевые частицы при взаимодействии с излучением Солнца испускают электроны. В результате грунт и отдельные пылевые частицы положительно заряжаются и начинают электростатически отталкиваться. В результате пыль поднимается над поверхностью. В новой работе физики из МФТИ и ИКИ РАН смоделировали, как взаимодействует солнечное излучение и частички пыли, поднимающиеся с поверхности Деймоса.
«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, профессор МФТИ и сотрудник 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 это 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», — заключает Сергей Попель.

В последние годы Марс и его спутники активно изучают космические аппараты. В связи с этим очень важно исследовать, как ведет себя пыль на поверхности этих небесных тел. Это будет влиять на параметры посадки и работы спускаемых модулей космических аппаратов — например, миссии «Фобос-Грунт 2», которую планируют запустить в ближайшее десятилетие.

Работу поддержал Президиум РАН и Российский фонд фундаментальных исследований.