|
Марсианские пылевые бури взбалтывают облака
|
|
|
|
Космический аппарат ESA Mars Express показал, что Марс образует удивительно похожие на земные узоры облаков, которые напоминают облака в тропических регионах нашей планеты. Земля и Марс имеют совершенно разные атмосферы. Сухая и холодная атмосфера Марса почти полностью состоит из углекислого газа, тогда как земная богата азотом и кислородом. Плотность его атмосферы составляет менее одной пятидесятой земной атмосферы, что эквивалентно плотности на высоте около 35 км над поверхностью Земли. Несмотря на то, что они сильно отличаются, было обнаружено, что их облачные структуры удивительно похожи на Землю, что указывает на схожие процессы формирования.
|
|
|
|
Новое исследование углубляется в изучение двух пыльных бурь, которые произошли вблизи марсианского Северного полюса в 2019 году. За бурями наблюдали весной на Северном полюсе, когда местные бури обычно бушуют вокруг отступающей ледяной шапки. Две камеры на борту Mars Express — камера визуального мониторинга (VMC) и стереокамера высокого разрешения (HRSC) — вместе с камерой MARCI на борту марсианского разведывательного орбитального аппарата НАСА запечатлели бури с орбиты. Последовательность изображений VMC показывает, что штормы, кажется, нарастают и исчезают повторяющимися циклами в течение нескольких дней, демонстрируя общие черты и формы. Спиралевидные формы заметно видны на более широких изображениях HRSC. Спирали имеют длину от 1000 до 2000 км, а их происхождение такое же, как и у внетропических циклонов, наблюдаемых в средних и полярных широтах Земли.
|
|
|
Изображения показывают особое явление на Марсе. Они показывают, что марсианские пылевые бури состоят из регулярно расположенных более мелких облачных ячеек, расположенных подобно зернам или гальке. Текстура также видна в облаках в атмосфере Земли. Знакомые текстуры образуются в результате конвекции, когда горячий воздух поднимается вверх, потому что он менее плотный, чем окружающий его более холодный воздух. Наблюдаемый здесь тип конвекции называется конвекцией с закрытыми ячейками, когда воздух поднимается в центре небольших облачных карманов, или ячеек. Промежутки в небе вокруг облачных ячеек — это пути, по которым более холодный воздух опускается ниже горячего восходящего воздуха.
|
|
|
|
На Земле поднимающийся воздух содержит воду, которая конденсируется, образуя облака. Облака пыли, полученные с помощью Mars Express, показывают тот же процесс, но на Марсе восходящие столбы воздуха содержат пыль, а не воду. Солнце нагревает запыленный воздух, заставляя его подниматься и образовывать пылевые ячейки. Камеры окружены областями опускающегося воздуха, в которых меньше пыли. Это приводит к зернистому узору, который также можно увидеть на изображении облаков на Земле. Отслеживая движение клеток в последовательности изображений, можно измерить скорость ветра. Ветер дует над облачными элементами со скоростью до 140 км/ч, в результате чего форма ячеек вытягивается в направлении ветра. Несмотря на хаотичную и динамичную атмосферу Марса и Земли, природа создает эти упорядоченные узоры.
|
|
|
|
«Размышляя о марсоподобной атмосфере на Земле, можно легко представить себе сухую пустыню или полярную область. Поэтому совершенно неожиданно, что, отслеживая хаотическое движение пыльных бурь, можно провести параллели с процессами, которые происходят во влажных, жарких и совершенно непохожих на Марс тропических регионах Земли», — комментирует Колин Уилсон, научный сотрудник проекта Mars Express ЕКА. Одним из ключевых моментов, ставших возможными благодаря изображениям VMC, является измерение высоты облаков пыли. Длина отбрасываемых ими теней измеряется и в сочетании со знанием положения солнца измеряется высота облаков над марсианской поверхностью. Результаты показали, что пыль может достигать примерно 6–11 км над землей, а ячейки имеют типичные горизонтальные размеры 20–40 км.
|
|
|
|
«Несмотря на непредсказуемое поведение пыльных бурь на Марсе и сопровождающие их сильные порывы ветра, мы увидели, что в рамках их сложности могут возникать организованные структуры, такие как фронты и модели ячеистой конвекции», — объясняет Агустин Санчес-Левага из Университета дель Паис. Vasco UPV/EHU (Испания), который возглавляет научную группу VMC и является ведущим автором статьи, представляющей новый анализ. Такая организованная ячеистая конвекция не уникальна для Земли и Марса; наблюдения атмосферы Венеры с помощью Venus Express, возможно, показывают аналогичные закономерности. «Наша работа над сухой конвекцией на Марсе — еще один пример ценности сравнительных исследований подобных явлений, происходящих в атмосферах планет, для лучшего понимания лежащих в их основе механизмов в различных условиях и средах», — добавляет Агустин.
|
|
|
|
Помимо получения дополнительной информации о том, как «работают» планетарные атмосферы, понимание пыльных бурь имеет значение для будущих миссий на Марс. В экстремальных случаях пыльные бури могут блокировать большую часть солнечного света от солнечных батарей марсоходов на поверхности красной планеты. В 2018 году пыльная буря планетарного масштаба не только заблокировала попадание солнечного света на поверхность, но и засыпала пылью солнечные панели марсохода НАСА «Оппортьюнити». Оба этих фактора привели к тому, что марсоход потерял электроэнергию, что привело к прекращению миссии. Мониторинг эволюции пыльных бурь имеет решающее значение для защиты будущих миссий на солнечной энергии — и, в конечном итоге, миссий с экипажем на планету — от таких мощных явлений. «Ячеистые структуры и сухая конвекция в текстурированных пыльных бурях на краю северной полярной шапки Марса», написанная А. Санчес-Лавега и др., опубликована в номере журнала Icarus от 15 ноября 2022 года.
|
|
|
|
Источник
|
