Ученые идентифицировали механизмы запыления марсианской атмосферы

Марсианская атмосфера в сто с лишним раз разреженнее земной, и дневное небо на Марсе должно быть очень темным. На самом деле, оно красноватое и довольно яркое. Лучше всего об этом свидетельствуют марсианские тени: они не угольно-черные, а похожи на земные.

Цвет и яркость марсианского неба вызваны пылью. Песчаные бури поднимают огромное количество пыли в воздух, и в отсутствие дождей атмосфера не способна от нее очиститься. Более крупные частицы оседают, а самая мелкая фракция, размером около одного микрометра, остается висеть в воздухе и придает небу красноватый цвет, а марсианским пейзажам — легкую затуманенность.

Пылевые бури на Красной планете известны издавна, но даже они не могут объяснить, почему пыли в марсианской атмосфере так много. В разгар пылевой бури там становится темно, почти как ночью: если посадочный аппарат на солнечных батареях попадет в эпицентр и не отключится от нехватки солнечной энергии, он еще долго будет испытывать ее недостаток из-за слоя пыли, выпавшего на фотоэлементы.

Исчезновение солнца и потемнение неба во время песчаной бури на Марсе, съемка марсохода «Оппортьюнити». Цифры в верхней части правого рисунка — мера непрозрачности. Прибавление значения на единицу означает усиление поглощения в ≈2,718 раза; значение 4,7 соответствует ослаблению прямого солнечного света в 110 раз / © NASA/JPL-Caltech/Cornell

От пылевых бурь пострадало и погибло немало марсианских роботов, но один из них оказался оснащен достаточно, чтобы с помощью его оборудования загадку удалось разгадать. Интернациональная команда ученых во главе с Клэр Ньюмен проанализировала записи с камер и данные с метеорологических датчиков марсохода «Персеверанс» и идентифицировала несколько типов явлений, которые поднимают пыль в воздух в «спокойное» время, независимо от пылевых бурь. Оригинальную статью с результатами исследования и множеством графиков, диаграмм и фотографий можно найти здесь.

Первым из них оказались песчаные смерчи, или пылевые дьяволы, которые иногда наблюдаются в сухую погоду на Земле, а на Марсе повсеместны и вырастают до гигантских размеров. Помимо фотографирования, «Персеверанс» может регистрировать пылевые дьяволы на основе порывов ветра, скачков атмосферного давления и анализа звуков, записанных микрофоном. Оказалось, на Марсе они образуются еще чаще, чем предполагалось раньше: марсоход регистрировал в непосредственной близости от себя по одному вихрю в марсианские сутки .

Мощный пылевой вихрь, сфотографированный орбитальным аппаратом MRO. Ширина вихря у основания составляет 140 метров, а высота верхушки поднятого облака пыли, измеренная по длине тени — 20 километров (выше почти всех земных облаков)

Второе явление — резкие локальные порывы ветра, образующиеся, когда мощная конвективная ячейка в атмосфере, развиваясь при солнечном прогреве, достигает поверхности (анимация ее развития показана на главном рисунке). Эти порывы наблюдаются реже смерчей, но достигают большой мощности, за счет чего их вклад в поддержание пылевой взвеси сопоставим с последними.

Третьим фактором оказались региональные ветра, движущиеся вверх по склонам (upside slope winds). Они привязаны к масштабным особенностям рельефа, повторяются каждый день и тоже поднимают пыль в марсианскую атмосферу.

Оказалось, в кратере Езеро, где работает марсоход, дневные ветра контролируются мощным восходящим потоком, идущим вверх по склону бассейна Исиды, который поднимает тучи пыли на большую высоту.

На Земле главный вклад в изменчивость погоды вносят явления погоды, связанные с испарением воды и выпадением осадков (такие как циклоны). На Марсе они отсутствуют, и одни и те же явления повторяются регулярно из года в год. Если в какую-нибудь марсианскую «дату» была отмечена температура минус 10 градусов Цельсия в полдень и юго-западный ветер 15 метров в секунду, то в следующем году в этот день будет такая же погода (если не произойдет песчаной бури). Это относится к региональным ветрам, регулярно поднимающим пыль.

Еще одним фактором, влияющим на частоту пыльных бурь, может быть сезонный дисбаланс между солнечным прогревом и тепловой энергией, испущенной обратно в космос, а ранее ученые установили, что главным источником пыли на Красной планете выступают пористые и мягкие вулканические породы, слагающие борозды Медузы.