Пыль в атмосфере Марса поднимается на большую высоту не только во время бурь
Ученые Института космических исследований РАН и французской лаборатории LATMOS CNRS проследили, как пыль и облака водяного льда распределялись по высоте на протяжении девяти марсианских лет. Оказалось, что во время ежегодной региональной пылевой бури современные модели заметно недооценивают количество пыли в верхних слоях атмосферы.
Ученые изучили почти все данные инфракрасного канала спектрометра SPICAM на европейском аппарате «Марс-Экспресс». За период с августа 2006 по октябрь 2022 года — с марсианского года MY 28 по MY 36 — прибор провел около 1900 наблюдений. Это почти 17 земных лет и один из самых продолжительных рядов данных о том, как распределены по высоте марсианские аэрозоли и как меняются размеры их частиц.
SPICAM наблюдал атмосферу в моменты, когда Солнце скрывалось за диском Марса. Солнечный свет проходил сквозь атмосферу, а прибор регистрировал его спектр. По тому, как менялся спектр, ученые определяли количество аэрозолей и размеры их частиц на разной высоте. Но сам SPICAM не может напрямую отличить минеральную пыль от водяного льда. Поэтому исследователи разработали алгоритм, который объединил его данные с наблюдениями прибора Mars Climate Sounder на аппарате NASA Mars Reconnaissance Orbiter, измерениями водяного пара SPICAM и расчетами модели общей циркуляции атмосферы Марса.
Результаты проверили по независимым данным российского прибора Atmospheric Chemistry Suite, или ACS, на аппарате TGO миссии «ЭкзоМарс-2016». ACS работает с весны 2018 года, поэтому его ряд наблюдений короче. Зато он позволяет напрямую различать частицы пыли и водяного льда.
Когда Марс находится у афелия — самой далекой от Солнца точки своей орбиты, — пыль и облака водяного льда обычно сосредоточены ниже 40 километров. По мере приближения планеты к Солнцу они поднимаются примерно до 80 километров.
Размер пылинок в среднем составляет от 0,3 до 1 микрона. Даже высоко в атмосфере они остаются почти такими же и лишь немного уменьшаются. Если бы пыль только медленно оседала под действием гравитации, ее распределение по высоте выглядело бы иначе. По выводам исследователей, мощные воздушные потоки снова подхватывают частицы, поднимают их и переносят на большие расстояния. Это происходит и вне пылевых бурь: на распределение пыли прежде всего влияют общая динамика атмосферы и горизонтальные течения.
Водяной лед ученые обнаружили в 82% наблюдений SPICAM. Высота облаков сильно зависит от сезона и широты. Летом у экватора и в средних широтах облака формируются на высоте 25–35 километров в северном полушарии и 40–80 километров в южном.
Во время пылевых бурь 2007 и 2018 годов, а также ежегодной региональной бури прибор зарегистрировал мезосферные облака на высоте 70–80 километров. Их появление связано с тем, что во время бурь в верхние слои атмосферы поступает больше водяного пара. Ранее это показали данные SPICAM и приборов ACS и NOMAD на аппарате TGO.
Вблизи областей полярной ночи при очень низких температурах облака появляются каждый год. Южные полярные облака в среднем располагаются ниже северных: примерно на 10 километрах против 20.
«Мы сравнили наши наблюдения с современными моделями циркуляции атмосферы Марса и увидели, что во время ежегодной региональной пылевой бури модели заметно недооценивают количество пыли в верхних слоях атмосферы. Это показывает, что мы пока не до конца понимаем, как пыль поднимается и переносится на большие высоты. Новые данные помогут уточнить эти процессы и сделать модели циркуляции атмосферы Марса точнее», — говорит Анна Фёдорова, заведующая лабораторией экспериментальной спектроскопии отдела физики планет ИКИ РАН.
Пыль и ледяные частицы постоянно присутствуют в атмосфере Марса. Они рассеивают и поглощают солнечный свет, влияют на температуру и климат планеты. Ветер поднимает частицы и переносит их, затем они оседают; частицы также соединяются друг с другом, а при изменении температуры водяной пар конденсируется в лед. Поэтому климатическим моделям нужны данные не только об общем количестве аэрозолей, но и о том, где они находятся и как их распределение меняется по сезонам.
«Мы получили один из самых продолжительных рядов наблюдений вертикального распределения аэрозоля и размеров частиц в атмосфере Марса. Эти данные помогут улучшить модели общей циркуляции атмосферы Марса и точнее описать процессы образования облаков», — отмечает Анна Фёдорова.
Эксперимент SPICAM — Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars — включает инфракрасный и ультрафиолетовый спектрометры. Международный коллектив ученых разработал прибор при участии ИКИ РАН. Он работает на станции ЕКА «Марс-Экспресс», которую запустили 2 июня 2003 года. С тех пор ЕКА неоднократно продлевало миссию; в июне 2026 года агентство продлило ее до конца 2028 года.
Фото NASA
Самое популярное
