Найдивніша хмара на Марсі утворюється у процесі, який не зустрічається на Землі

Використовуючи апарат «Mars Express» у поєднанні з найсучаснішою метеорологічною моделлю Червоної планети, вчені з’ясували, що за найдивнішою хмарою Марса може приховуватися дещо дуже екзотичне з точки зору фізики.

Про це повідомляють в Європейському космічному агентстві (ЄКА), передають OstanniPodii.com.

Щовесни та щоліта в південній півкулі Марса, під час марсіанського пилового сезону, спостерігається поява дивовижної хмари: “Видовженої Хмари Арсії Монс” (AMEC) — візуально найпомітнішої хмари на Червоній планеті.

Ця біла хмара з водяного льоду з’являється з підвітряного боку вулкана Арсія Монс, висота якого становить 20 кілометрів. Вона утворюється, розростається та зникає щодня, простягаючись на відстань до 1800 км, після чого швидко випаровується. Цей цикл повторюється щоранку протягом кількох місяців.

«Mars Express» вперше виявив AMEC у 2018 році й з того часу неодноразово спостерігав за цією періодичною хмарою. Дослідники вивчили її еволюцію, яскраву динаміку та гостроцікаву поведінку, визначивши, що це орографічна хмара: тип хмари, який також спостерігається на Землі та утворюється, коли вітер проходить повз скелястий рельєф вулкана або гори.

Однак, намагаючись точно змоделювати, як саме хмара зароджується, симуляції просто не відтворювали те, що ми бачимо на знімках — аж дотепер.

«Щоб відтворити AMEC у нашому моделюванні, ми з’ясували, що нам потрібно врахувати деякі незвичайні фізичні явища… явища, які, хоч і згадуються в підручниках, розглядаються як теоретичні та, як правило, вважаються такими, що не трапляються в природі. Цього, безумовно, раніше ніхто не бачив у дії», — каже головний автор нового дослідження Хорхе Ернандес-Бернал з Лабораторії динамічної метеорології при Національному центрі наукових досліджень Франції/Університеті Сорбонна в Парижі.

«Як тільки ми включили ці фізичні явища в наші моделювання, AMEC з’явилася саме так, як ми й сподівалися», - додав він.

Стаття з результатами дослідження була опублікована в журналі «Nature Geoscience» 7 жовтня.

Credit: ESA/DLR/FU Berlin

«Абсолютно несподівано»: рідкісний процес у дії

На Землі та в інших місцях хмари зазвичай утворюються, коли вологе повітря охолоджується, а водяна пара конденсується у краплі рідини або кристали льоду. Зазвичай це відбувається завдяки процесу, відомому як гетерогенне зародження, для якого необхідна наявність в атмосфері дрібних частинок інших «речовин», до яких пара може прилипати й конденсуватися — наприклад, солі, пилку, сажі або пилу. Вважається, що на Марсі цією «речовиною» є пил.

«Що стосується AMEC, то, як вдається, утворення хмар відбувається без жодних таких «частинок», — додає Хорхе. — Водяна пара перетворюється безпосередньо на крижані хмарні частинки без будь-яких проміжних етапів. Це схоже на те, ніби краплі конденсату з’являються посеред кімнати, а не на вікні. Ми називаємо це гомогенним зародженням, і раніше ми ніколи не спостерігали такого явища в атмосфері планети. Це цілком несподівано».

Вчені припускали, що цей процес може відбуватися у верхніх шарах атмосфери Землі та Венери, але його ще не спостерігали. Його рідкісність пояснюється тим, що для його виникнення потрібні виняткові умови — екстремальні рівні відносної вологості, які у понад 100 000 разів перевищують ті, що зазвичай спостерігаються у нашому повсякденному житті на Землі. «Раніше ми не спостерігали таких умов на Марсі, але наші нинішні відкриття переконливо свідчать про те, що вологість на цій планеті дійсно може досягати таких екстремальних рівнів», — каже Хорхе.

Хорхе та його колеги виявили, що AMEC знаходиться в унікальному місці, де розріджена атмосфера Марса та величезна висота поруч розташованого вулкана Арсія Монс поєднуються, створюючи умови, необхідні для спостереження цього рідкісного процесу в дії.

Коли вітри проносяться повз Арсію Монс, масивна гора викликає потужну хвилю, яка за лічені хвилини підіймає вологі маси повітря на кілька кілометрів у висоту. Це призводить до швидкого охолодження атмосфери: температура падає на 30 градусів лише за 10 хвилин, а рівень відносної вологості різко зростає. Потім водяна пара миттєво замерзає, перетворюючись безпосередньо на хмарні частинки, утворюючи AMEC.

Успіх «Mars Express»

Хоча деякі аспекти змодельованої хмари не повністю збігаються зі спостереженнями, «результат вражає», — зазначає Хорхе. «Ми маємо набагато менше інформації про атмосферу Марса, ніж про земну, тому відтворення AMEC у такому масштабі є великим успіхом для моделі».

Дослідники базували своє моделювання на даних, отриманих від трьох камер на борту «Mars Express»: Камери візуального моніторингу, Стереокамери високої роздільної здатності та OMEGA. «Mars Express» може знімати великі ділянки марсіанської поверхні з високою роздільною здатністю, і це один з небагатьох космічних апаратів на орбіті Марса — поряд з «ExoMars Trace Gas Orbiter» ЄКА — здатних проводити спостереження в ранкові години, коли спостерігається AMEC.

«Mars Express також може відстежувати, як хмара змінюється протягом лічених годин, що дає нам унікальну можливість спостерігати за короткочасними явищами на планеті», — каже науковий керівник проєкту Mars Express Колін Вілсон. «Загалом це відкриття є справжнім досягненням для місії та її вчених: Mars Express виявив AMEC, протягом багатьох років стежив за нею та моніторив її, а тепер допомагає розкрити таємниці її утворення».

В ЄКА зазначають: окрім поглиблення нашого розуміння атмосферних процесів на Марсі та в інших місцях, цей результат підкреслює, що під час дослідження планет Всесвіту (включно з екзопланетами) не слід ігнорувати малоймовірні процеси. Колін додає: «Хоча хмари на Землі та Марсі, як вдається, підпорядковуються одним і тим самим «правилам», для розуміння цієї екзотичної марсіанської хмари знадобилася екзотична фізика — і це може бути правдою також в інших куточках космосу».