Plasma–Dust System in the Martian Ionosphere

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

We present a theoretical model describing possible mechanism of formation and evolution of plasma–dust clouds observed in the Martian ionosphere by the Mars Science Laboratory Curiosity rover in March 2021. The model describes sedimentation of dust particles in the supersaturated carbon dioxide vapor, growth of dust seeds due to carbon dioxide nucleation, charging of dust particles, and changes in electron and ion number densities of the ionospheric plasma over time in particular. It is demonstrated that formation of the layered structure of the dust cloud the characteristic sedimentation time of which is on the order of several minutes can be illustrated within the framework of the proposed model. Characteristic size of the dust particles are calculated and found to be consistent with the results of the measurements. In addition, characteristic charges of dust particles in the presence and in the absence of the photoelectric effect are calculated. It is demonstrated that dust particles acquire negative charge in the absence of the photoelectric effect. Simultaneously, number densities of plasma electrons and ions decrease. In the presence of the photoelectric effect, particles containing metallic impurities carry a positive charge. In the process, number density of plasma electrons increases, while ion number density continues to decrease.

About the authors

Yu. S. Reznichenko

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: dvju@yandex.ru
141700, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia

A. Yu. Dubinskii

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Email: popel@iki.rssi.ru
117997, Moscow, Russia

S. I. Popel

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: izvekova@iki.rssi.ru
117997, Moscow, Russia

References

  1. Shukla P.K., Mamun A.A. Introduction to Dusty Plasmas Physics. Bristol/Philadelphia: Institute of Physics Publishing, 2002.
  2. Tsytovich V.N., Morfill G.E., Vladimirov S.V., Thomas H. // Elementary Physics of Complex Plasmas. Berlin/Heidelberg: Springer, 2008.
  3. Fortov V.E., Ivlev A.V., Khrapak S.A., Khrapak A.G., Morfill G.E. // Phys. Reports. 2005. V. 421. P. 1.
  4. Popel S.I., Kopnin S.I., Yu M.Y., Ma J.X., Huang F. // J. Phys. D: Applied Phys. 2011. V. 44. P. 174036.
  5. Klumov B.A., Popel S.I., Bingham R. // Письма в ЖЭТФ. 2000. Т. 72. С. 524.
  6. Клумов Б.А., Морфилл Г.Е., Попель С.И. // ЖЭТФ. 2005. Т. 127. С. 171.
  7. Клумов Б.А., Морфилл Г.Е., Владимиров С.В. // Письма в ЖЭТФ. 2005. Т. 82. С. 714.
  8. von Zahn U., Baumgarten G., Berger U., Fiedler J., Hartogh P. // Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. P. 2449.
  9. Cho J.Y.N., Röttger J. // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 2001.
  10. Gadsden M., Schröder W. Noctilucent Clouds. Berlin: Springer-Verlag, 1989.
  11. Montmessin F., Bertaux J.L., Quémerais E., Korablev O., Rannou P., Forget F., Perriera S., Fussend D., Lebonnoisc S., Rébéraca A. // Icarus. 2006. V. 183. P. 403.
  12. Montmessin F., Gondet B., Bibring J.P., Langevin Y., Drossart P., Forget F., Fouchet T. // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. P. E11S90.
  13. Whiteway J.A., Komguem L., Dickinson C., Cook C., Illnicki M., Seabrook J., Popovici V., Duck T.J., Davy R., Taylor P.A., Pathak J., Fisher D., Carswell A.I., Daly M., Hipkin V., Zent A.P., Hecht M.H., Wood S.E., Tamppa-ri L.K., Renno N., Moores J.E., Lemmon M.T., Daerden F., Smith P. // Science. 2009. V. 325 (5936). P. 68.
  14. Hayne P.O., Paige D.A., Schofield J.T., Kass D.M., Kleinböhl A., Heavens N.G., McCleese D.J. // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. E08014.
  15. https://www.newsru.com/hitech/30may2021/mars_clouds. html
  16. Дубинский А.Ю., Попель С.И. // Письма в ЖЭТФ. 2012. Т. 96. С. 22.
  17. Извекова Ю.Н., Попель С.И. // Физика плазмы. 2017. Т. 43. С. 1010.
  18. Дубинский А.Ю., Резниченко Ю.С., Попель С.И. // Физика плазмы. 2019. Т. 45. С. 913.
  19. Reznichenko Yu.S., Dubinskii A.Yu., Popel S.I. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1556. P. 012072.
  20. Forget F., Montmessin F., Bertaux J.L., González-Galindo F., Lebonnois S., Quémerais E., Reberac A., Dimarellis E., López-Valverde M.A. // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. P. 01004.
  21. Fox J.L., Benna M., Mahaffy P.R., Jakosky B.M. // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 8977.
  22. Алтунин В.В. // Теплофизические свойства двуокиси углерода. М.: Издательство стандартов, 1975. С. 546.
  23. Patela M.R., Zarneckia J.C., Catlingb D.C. // Planet. Space Sci. 2002. V. 50. P. 915.
  24. Vicente-Retortillo Á., Valero F., Vázquez L., and Martí-nez G.M. // J. Space Weather Space Clim. 2015. V. 5. Art. A33.
  25. Bertaux J.-L., Korablev O., Perrier S., Quémerais E., Montmessin F., Leblanc F., Lebonnois S., Rannou P., Lefévre F., Forget F., Fedorova A., Dimarellis E., Rebe-rac A., Fonteyn D., Chaufray J.Y., Guibert S. // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. Art. E10S90.
  26. Bertaux J.-L., Fonteyn D., Korablev O., Chassefiére E., Dimarellis E., Dubois J.-P., Hauchecorne A., Lefévre F., Cabane M., Rannou P., Levasseur-Regourd A.-C., Cernogora G., Quémerais E., Hermans C., Kockarts G., Lippens C., de Maziere M., Moreau D., Muller C., Neefs E., Simon P.-C., Forget F., Hourdin F., Talagrand O., Mo-roz V.-I., Rodin A., Sandel B., Stern A. // ESA Special Publication. 2004. V. 1240. P. 95.
  27. Delgado-Bonal A., Zorzano M.-P., Martín-Torres F.J. // Solar Energy. 2016. V. 134. P. 228.
  28. González-Galindo F. // Oxford Research Encyclopedia, Planetary Science. Oxford University Press, USA. 2020.
  29. Christou A., Vaubaillon J., Withers P., Hueso R., Kil-len R. // Earth and Planetary Astrophysics. Cambridge University Press. 2019. P. 119.
  30. Chen F.F. // Plasma Diagnostic Techniques / Eds. R.H. Huddlestone, S.L. Leonard. New York: Academic, 1965. Ch. 4.
  31. Barnes M.S., Keller J.H., Forster J.C., O’Neill J.A., Coultas D.K. // Phys. Rev. Lett. 1992. V. 68. P. 313.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (857KB)
3.

Download (40KB)
4.

Download (39KB)
5.

Download (391KB)
6.

Download (455KB)
7.

Download (462KB)
8.

Download (429KB)

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».