Столкновения пылевых частиц ионизируют газ в атмосферах, выяснили ученые
Исследователи обнаружили, что столкновения твердых частиц приводят к ионизации окружающего газа. Этот эффект, известный как трибоэлектричество, ранее рассматривался в основном как поверхностное явление, однако новая работа показывает, что ионы рассеиваются и в объем среды, образуя заряженное облако вокруг частицы.
Согласно статье, опубликованной на arXiv.org, такое явление может быть значимым для широкого круга сред — от вулканических шлейфов на Земле до атмосфер экзопланет и протопланетных дисков. Во всех этих случаях частицы пыли сталкиваются друг с другом, и образующиеся ионы способны менять электрические и химические свойства газовой среды.
В лабораторном эксперименте авторы использовали стеклянные шарики диаметром 2,8 мм. Они сталкивали их в вакуумной камере при давлениях от 0,3 до 100 миллибар. Для извлечения ионов применялось внешнее электростатическое поле, а образовавшийся ток измерялся специальной аппаратурой.
Ионы регистрировались при всех исследованных давлениях, однако максимальная интенсивность ионизации была достигнута при давлении около 1 миллибара. В пересчете на одно упругое столкновение заряд, регистрируемый каждой полярности, достигал 1 пикокулона.
По мнению ученых, полученные данные указывают на то, что столкновения пылевых зерен могут быть значительным источником ионов в различных атмосферах. Это важно учитывать при моделировании электрических процессов в атмосферах планет, а также при интерпретации наблюдений экзопланет и протопланетных дисков, где ионизация влияет на динамику частиц и химические реакции.
Работа выполнена в рамках исследования, направленного на понимание фундаментальных механизмов трибоэлектричества и его роли в астрофизических средах. Дальнейшие эксперименты помогут уточнить зависимость ионизации от размеров частиц, материала и условий столкновения.
