Энцелад — один из крупнейших спутников Сатурна, где потенциально может существовать внеземная микробная жизнь. Исследователи НИУ ВШЭ и ИКИ РАН вычислили характеристики пылевой плазмы и электрических полей, а также концентрацию фотоэлектронов вблизи поверхности спутника. Несмотря на удаленность Энцелада от Солнца, фотоэффект на его поверхности оказался важен для формирования пылевой плазмы.
Исследование опубликовано в «Письмах в Журнал экспериментальной и теоретической физики». Космическое пространство усеяно мельчайшими частицами пыли. Под действием солнечного излучения или при взаимодействии с электронами и ионами окружающей плазмы эти частицы заряжаются и становятся важным компонентом космической среды, который называют пылевой плазмой. Плазма — четвертое агрегатное состояния вещества после твердого, жидкого и газообразного.
Пылевая плазма содержит электроны, ионы, нейтральные частицы, а также заряженные твердые частицы и/или жидкие капли. Она возникает на поверхности планет, в космических облаках и в пространстве между небесными телами.
Энцелад — первый объект внешней области Солнечной системы, в окрестностях которого наблюдали пылевую плазму. Это шестой по размеру и четырнадцатый по удаленности из 146 спутников Сатурна. Спутник считают одним из самых вероятных мест для существования внеземной микробной жизни внутри Солнечной системы. Также ученые предполагают, что предпоследнее из колец Сатурна образовано благодаря активности криовулканов Энцелада, выделяющих фонтаны льда и силикатных частиц.
На основе физико-математической модели ученые НИУ ВШЭ и ИКИ РАН определили свойства пылевой плазмы, электрических полей, фотоэлектронов и их распределения в зависимости от высоты в приповерхностном слое спутника Энцелада.
Фотоэффект над поверхностью спутника влияет на формирование плазмы: фотоны света выбивают фотоэлектроны с поверхности Энцелада и пылевых частиц, после чего пыль становится заряженной. Ученые отмечают, что хотя Энцелад находится на расстоянии примерно 10 астрономических единиц от Солнца (то есть 10 расстояний от Солнца до Земли), на его поверхности зафиксирован достаточно интенсивный фотоэффект.
«Мы ожидали, что из-за удаленности Сатурна и Энцелада от Солнца роль солнечного ветра при образовании пылевой плазмы не будет значительной. Однако оказалось, что фотоэлектрические процессы влияют на пылевую плазму достаточно. Их проявления сопоставимы с аналогичными проявлениями в случае окололунной пылевой плазмы, хотя Луна и находится гораздо ближе к Солнцу», — объясняет профессор факультета физики НИУ ВШЭ, заведующий лабораторией плазменно-пылевых процессов в космических объектах ИКИ РАН Сергей Попель.
Исследователи изучили, как пылевая плазма над поверхностью спутника движется в электрическом поле, и выяснили, какого размера частицы находятся на разных высотах над поверхностью Энцелада. Размер частиц пыли составил 0,2–0,4 мкм, что оказалось больше размеров частиц, поднимающихся над поверхностью Луны (около 0,1 мкм).
Изучение плазмы помогает понять, как заряженные частицы взаимодействуют с магнитными полями и между собой и как благодаря этому формируются структуры в космическом пространстве. Данные о пылевой плазме также полезны для улучшения защиты и эффективности работы космических аппаратов, находящихся в облаках пыли. Исследователи планируют продолжить исследование и разработать более подробную модель пылевой плазмы, а также модель пылевого облака в окрестности Энцелада.
По информации https://naked-science.ru/article/column/kontsentratsiyu-fotoelekt
