Самое странное облако на Марсе образуется в результате процесса, не встречающегося на Земле

Используя аппарат «Mars Express» в сочетании с самой современной метеорологической моделью Красной планеты, ученые выяснили, что за самым странным облаком Марса может скрываться нечто весьма экзотическое с точки зрения физики.

Об этом сообщают в Европейском космическом агентстве (ЕКА), передают OstanniPodii.com.

Каждую весну и каждое лето в южном полушарии Марса, во время марсианского пылевого сезона, наблюдается появление удивительного облака: «Удлиненного облака Арсии Монс» (AMEC) — визуально самого заметного облака на Красной планете.

Это белое облако из водяного льда появляется с подветренной стороны вулкана Арсия Монс, высота которого составляет 20 километров. Оно образуется, разрастается и исчезает ежедневно, простираясь на расстояние до 1800 км, после чего быстро испаряется. Этот цикл повторяется каждое утро в течение нескольких месяцев.

«Mars Express» впервые обнаружил AMEC в 2018 году и с тех пор неоднократно наблюдал за этим периодическим облаком. Исследователи изучили его эволюцию, яркую динамику и чрезвычайно интересное поведение, определив, что это орографическое облако: тип облака, который также наблюдается на Земле и образуется, когда ветер проходит мимо скалистого рельефа вулкана или горы.

Однако, пытаясь точно смоделировать, как именно облако зарождается, симуляции просто не воспроизводили то, что мы видим на снимках — вплоть до сих пор.

«Чтобы воспроизвести AMEC в нашем моделировании, мы выяснили, что нам нужно учесть некоторые необычные физические явления… явления, которые, хотя и упоминаются в учебниках, рассматриваются как теоретические и, как правило, считаются не встречающимися в природе. Этого, безусловно, раньше никто не видел в действии», — говорит главный автор нового исследования Хорхе Эрнандес-Бернал из Лаборатории динамической метеорологии при Национальном центре научных исследований Франции/Университете Сорбонна в Париже.

«Как только мы включили эти физические явления в наши модели, AMEC проявилось именно так, как мы и надеялись», — добавил он.

Статья с результатами исследования была опубликована в журнале «Nature Geoscience» 7 октября.

Credit: ESA/DLR/FU Berlin

«Совершенно неожиданно»: редкий процесс в действии

На Земле и в других местах облака обычно образуются, когда влажный воздух охлаждается, а водяной пар конденсируется в капли жидкости или кристаллы льда. Обычно это происходит благодаря процессу, известному как гетерогенное зарождение, для которого необходимо наличие в атмосфере мелких частиц других «веществ», к которым пар может прилипать и конденсироваться — например, соли, пыльцы, сажи или пыли. Считается, что на Марсе этим «веществом» является пыль.

«Что касается AMEC, то, как оказывается, образование облаков происходит без каких-либо таких «частиц», — добавляет Хорхе. — Водяной пар превращается непосредственно в ледяные облачные частицы без каких-либо промежуточных этапов. Это похоже на то, будто капли конденсата появляются посреди комнаты, а не на окне. Мы называем это гомогенным зарождением, и раньше мы никогда не наблюдали такого явления в атмосфере планеты. Это совершенно неожиданно».

Ученые предполагали, что этот процесс может происходить в верхних слоях атмосферы Земли и Венеры, но его еще не наблюдали. Его редкость объясняется тем, что для его возникновения требуются исключительные условия — экстремальные уровни относительной влажности, которые более чем в 100 000 раз превышают те, что обычно наблюдаются в нашей повседневной жизни на Земле. «Раньше мы не наблюдали таких условий на Марсе, но наши нынешние открытия убедительно свидетельствуют о том, что влажность на этой планете действительно может достигать таких экстремальных уровней», — говорит Хорхе.

Хорхе и его коллеги обнаружили, что AMEC находится в уникальном месте, где разреженная атмосфера Марса и огромная высота расположенного поблизости вулкана Арсия Монс сочетаются, создавая условия, необходимые для наблюдения этого редкого процесса в действии.

Когда ветры проносятся мимо Арсии Монс, массивная гора вызывает мощную волну, которая за считанные минуты поднимает влажные массы воздуха на несколько километров в высоту. Это приводит к быстрому охлаждению атмосферы: температура падает на 30 градусов всего за 10 минут, а уровень относительной влажности резко возрастает. Затем водяной пар мгновенно замерзает, превращаясь непосредственно в облачные частицы, образуя AMEC.

Успех «Mars Express»

Хотя некоторые аспекты смоделированного облака не полностью совпадают с наблюдениями, «результат впечатляет», — отмечает Хорхе. «У нас гораздо меньше информации об атмосфере Марса, чем о земной, поэтому воспроизведение AMEC в таком масштабе является большим успехом для модели».

Исследователи основывали своё моделирование на данных, полученных от трёх камер на борту «Mars Express»: Камеры визуального мониторинга, Стереокамеры высокого разрешения и OMEGA. «Mars Express» может снимать обширные участки марсианской поверхности с высоким разрешением, и это один из немногих космических аппаратов на орбите Марса — наряду с «ExoMars Trace Gas Orbiter» ЕКА — способных проводить наблюдения в утренние часы, когда наблюдается AMEC.

«Mars Express также может отслеживать, как облако меняется в течение считанных часов, что даёт нам уникальную возможность наблюдать за кратковременными явлениями на планете», — говорит научный руководитель проекта Mars Express Колин Уилсон. «В целом это открытие является настоящим достижением для миссии и её учёных: Mars Express обнаружил AMEC, на протяжении многих лет следил за ним и отслеживал его, а теперь помогает раскрыть тайны его образования».

В ЕКА отмечают: помимо углубления нашего понимания атмосферных процессов на Марсе и в других местах, этот результат подчеркивает, что при исследовании планет Вселенной (включая экзопланеты) не следует игнорировать маловероятные процессы. Колин добавляет: «Хотя облака на Земле и Марсе, насколько это возможно, подчиняются одним и тем же «правилам», для понимания этого экзотического марсианского облака потребовалась экзотическая физика — и это может быть верно также в других уголках космоса».