Российские ученые раскрыли секреты внутренних гравитационных волн над Марсом
Воспользовавшись наблюдениями зонда TGO (Trace Gas Orbiter — часть российско-европейского проекта «ЭкзоМарс»), команда исследователей во главе с Екатериной Стариченко из ИКИ РАН смогла впервые в истории установить характеристики внутренних гравитационных волн в 160-километровом слое атмосферы Красной планеты. Более того, было тщательным образом выявлено влияние на них смены сезонов и пылевых бурь. Эта работа должна стать началом нового этапа в понимании экосистемы Марса и его пригодности для будущих колонистов.
Внутренние гравитационные волны или волны плавучести — это не то же самое, что колебания пространства-времени, регистрируемые LIGO/Virgo. Эти волны возникают в жидких или газообразных средах при резких изменениях плотности, давления или температуры. Примером могут служить волны на поверхности океана, вызванные разными плотностями воды и воздуха. Но и в атмосфере, которая с ростом высоты становится все более разреженной, подобное явление считается обычным — примером могут служить ребристые облака. Но это на Земле. А на Марсе?
Ученые уже установили, что в атмосферах планет земной группы длина внутренней гравитационной волны составляет в среднем 200-400 км в горизонтальной плоскости и 5-40 км в вертикальной (при амплитуде 10-20 градусов). Но их роль в экосистеме Марса долгое время была очень слабо изученной, несмотря на то что проводимый ими перенос энергии способен радикально поменять структуру атмосферы.
Проблема была в нерегулярности наблюдений и их локальности. Но с новым исследованием подобные затруднения ушли в прошлое. Вместо того, чтобы спорадически фиксировать волны плавучести где-то на заданной высоте, планетологи с помощью сконструированного российскими же учеными спектрометрического комплекса ACS провели полное сканирование основной толщи атмосферы Марса с 10 до 180 километров. Измерения проводились дважды в сутки — на восходе и закате аппарат улавливал солнечные лучи, проходящие сквозь воздушную толщу, после чего ученые в деталях анализировали получившиеся спектры.
На основе собранных данных команде Екатерины Стариченко удалось восстановить целостную картину происходящего внутри всех трех главных зон атмосферы Марса — тропосферы, мезосферы и термосферы. Более того, это оказался не «моментальный снимок», а подробная динамическая модель, позволяющая оценить, как на волны плавучести влияют пылевые бури или смена марсианской зимы весной. Всего ученые обработали несколько тысяч (!) атмосферных профилей за два марсианских года, эквивалентные почти четырем годам на Земле.
Было окончательно подтверждено, что внутренние гравитационные волны —повсеместное явление для атмосферы Красной планеты, как и для земной. Вплоть до мезопаузы (на высоте 100-120 км) их амплитуда растет, затем волны разрушаются, передавая энергию и импульс окружающей среде.
Любопытным фактом оказалось то, что во время марсианских равноденствий активность волн относительно экватора становится полностью симметричной — так как оба полушария получают равное количество энергии от солнца. Но самыми интересными оказались наблюдения во время последней мощной пылевой бури: тогда в районе Северного полюса активность волн уменьшалась в нижней атмосфере и возрастала в верхней, но недалеко от Южного картина менялась на противоположную, что не объясняют существующие модели. Теперь исследователи с нетерпением ждут 37-38 марсианского года, когда может случиться следующий эффектный шторм, который позволит объяснить этот необычный феномен.
