Как изучают глобальную пылевую бурю на Марсе с орбиты и поверхности

Глобальную пылевую бурю, охватившую сегодня всю Красную планету, изучают сразу несколько космических аппаратов. Они собирают ценные данные, которые позволят учёным лучше понять происхождение и эволюцию этого атмосферного явления.

Нынешняя пылевая буря зародилась в начале июня и вначале представляла собой небольшое региональное явление. Однако уже к 20 июня она охватила всю планету – впервые с 2007 года. Сегодня Марс исследуют целых семь космических аппаратов, что позволяет учёным получать беспрецедентно большой объём данных о глобальных пылевых бурях на этой планете.

Марсоход NASA Opportunity переведён в безопасный режим, поскольку из-за бури недостаточно солнечного света для подзарядки его батарей. Однако кроме него агентство располагает ещё четырьмя автоматическими аппаратами, проводящими наблюдения бури как с поверхности планеты, так и с орбиты вокруг неё. Помимо них, данное явление изучают и аппараты ESA Mars Express и ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), а также индийский спутник Mars Orbiter Mission (Mangalyaan). Все эти аппараты создавались для разных исследований, поэтому каждый вносит свой посильный вклад в общее дело изучения пылевой бури.

Mars Orbiter Mission (Mangalyaan)

Индийское космическое агентство (Indian Space Research Organisation (ISRO)) пока не объявляло о планах проводить исследование бури при помощи своего орбитера Mangalyaan. Вообще, аппарат оснащён набором инструментов для исследования атмосферы Марса, которые могут использоваться и для наблюдений пылевой бури. В частности, орбитер может делать замеры температуры у поверхности и исследовать состав экзосферы (самых верхних слоёв атмосферы) планеты, что могло бы позволить отслеживать их изменения во время пылевой бури. Также на борту спутника имеется цветная камера, которая подойдёт для визуальных наблюдений эволюции бури.

Mars Express

Европейский спутник Марса Mars Express способен отслеживать изменения в составе атмосферы во время бури. Также он оснащён стереокамерой высокого разрешения (High Resolution Stereo Camera (HRSC)), способной делать детальные снимки для отслеживания изменений бури. Так, переданный в апреле этого года снимок показал передний фронт меньшей пылевой бури вблизи северной полярной шапки.

Спутник может похвастаться и веб-камерой (Visual Monitoring Camera (VMC), передающей изображения поверхности в низком разрешении. 25 июля с неё было получено фото, на котором видно, что значительно уменьшилось количество атмосферной пыли и, как следствие, впервые за несколько недель стали видны детали на поверхности - например, Долина Маринера (Valles Marineris).

ExoMars Trace Gas Orbiter

Другой европейский аппарат, Trace Gas Orbiter (TGO), предназначен для мониторинга сезонной концентрации соединений газовых примесей в атмосфере Марса, особенно метана, а также следов водяного пара, оксидов азота и ацетилена. Неизвестно, в какой степени глобальная пылевая буря способна влиять на сезонные вариации содержания метана и других летучих газов в атмосфере - и европейский орбитер как раз способен дать ответ на этот вопрос.

TGO также проводит наблюдения за сезонными колебаниями температуры и состава атмосферы для уточнения существующих климатических моделей. Понимание того, как именно менялись данные условия перед началом бури, на её протяжении и после её окончания, поможет учёным точнее предсказывать периодичность начала и окончания будущих пылевых бурь.

Mars Reconnaissance Orbiter

Американский спутник Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) снабжён двумя основными инструментами для исследования пылевых бурь: цветной камерой Mars Color Imager (MARCI) и Mars Climate Sounder (MCS). MARCI делает изображения всей поверхности планеты в полдень каждый день, что позволяет отслеживать перемещение бури и её эволюцию, что, в свою очередь, делает возможным создание глобальных метеорологических карт Марса. Эти карты используются операторами марсоходов Opportunity и Curiosity для планирования работы этих роботов на поверхности с учётом меняющейся погоды. MCS проводит измерения температурных профилей в атмосфере и способен отслеживать изменения температурных градиентов в атмосфере на всём протяжении бури.

Как и на Земле, перепады температуры могут приводить как к незначительным, так и к крупномасштабным сдвигам направлений ветра, которые определяют циркуляцию атмосферы. Понимания времени, места и причины зарождения и затухания ветра в разных областях Марса – это ключ к пониманию того, как буря может охватить всю планету.

«Удивителен уже тот факт, что глобальная буря начинается с локальной, площадью с небольшой штат США, и постепенно поднимает всё больше и больше пыли с поверхности, создавая дымку, которая со временем охватит всю планету», - рассказывает Рич Зурек (Rich Zurek), научный сотрудник проекта MRO.

Прибор THEMIS (Thermal Emission Imaging System), установленный на борту орбитера Mars Odyssey, позволяет отслеживать изменения температуры поверхности и в атмосфере, а также количество пыли в атмосфере. По уровню количества пыли возможно напрямую определить начало развития бури, её рост и окончание.

«Мы являемся свидетелями одного из крупнейших погодных явлений на Марсе с тех пор, как начались наблюдения с космических аппаратов в 1960-е годы, - объясняет Майкл Смит (Michael Smith), научный сотрудник Goddard Space Flight Center (NASA), работающий с прибором THEMIS. - Возможность воочию наблюдать пылевую бурю помогает нам лучше разобраться в сути этого феномена».

«Каждый марсианский год во время пылевого сезона происходит множество локальных и региональных бурь, покрывающих лишь какую-то одну область планеты», - рассказывает Смит. Чтобы лучше понять, каким образом пылевые бури достигают размаха всей планеты, частота наблюдений с THEMIS за всей поверхностью была увеличена с одного раза в 10 дней до двух раз в неделю.

MAVEN

Аппарат Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission (MAVEN) вышел на орбиту вокруг Марса в 2014 году. Целью данной миссии является исследование прошлого марсианской атмосферы. Как полагается, в древности она была гораздо более плотной. Орбитер изучает преимущественно экзосферу планеты и границу между атмосферой и космосом, что должно помочь понять, как Красная планета постепенно теряла свою атмосферу.

Команда MAVEN не изучает бурю напрямую, но отслеживает её влияние на верхние слои марсианской атмосферы. Сегодня считается, что планета потеряла значительную часть своей атмосферы из-за влияния солнечного ветра примерно 3.5-4 млрд лет назад. Это подтверждают недавние данные с MAVEN. Пока длится буря, аппарат будет исследовать, как такие явления влияют на наблюдаемую сегодня потерю молекул в верхних пределах атмосферы Марса. Эти наблюдения дадут возможность уточнить модель эволюции атмосферы Красной планеты.

Curiosity

Пока учёные ожидают «пробуждения» ровера-ветерана Opportunity (он переведён в спящий режим из-за бури, не позволяющей заряжать солнечные батареи), единственный, кто передаёт данные с поверхности планеты, охваченной бурей, это его собрат Curiosity. Оснащённый радиоизотопным термоэлектрическим генератором, он не нуждается в солнечном свете (который блокирует поднятая бурей пыль), поэтому может продолжать работу в номинальном режиме. Это даёт возможность проводить уникальные наблюдения за пылевой бурей с поверхности самой планеты.

«Мы будем работать в две смены, - говорит Ашвин Васавада (Ashwin Vasavada) из Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL), научный сотрудник миссии Curiosity. - Мы недавно снова запустили в работу бур, он сейчас берёт свежие образцы породы. Но мы также используем приборы марсохода и для наблюдения за эволюцией бури».

Марсоход оснащён метеостанцией (Rover Environmental Monitoring Station (REMS)), способной вести прямые наблюдения бури с поверхности планеты. REMS проводит ежедневные измерения атмосферного давления, влажности, скорости и направления ветра, а также температуры воздуха и грунта возле марсохода. Камеры марсохода – камера видимого спектра Mastcam, ChemCam и ультрафиолетовый датчик на REMS – собирают данные о размерах частичек пыли в атмосфере и изменении её количества со временем.

Учёные также пытаются понять, почему пылевые бури происходят с определённой регулярностью. В среднем, глобальные бури случаются раз в три марсианских года (5.5 земных лет). Нынешняя буря «припозднилась» - предыдущая произошла целых 11 земных лет назад, в 2007 году.

На основании наблюдений глобальных пылевых бурь 2001 и 2007 годов учёные ожидают, что нынешняя буря стихнет не раньше сентября. Даже если после этого в атмосфере ещё будет оставаться пыль, она не должна помешать посадке аппарата InSight, работающего на солнечной энергии, в ноябре.

Ожидается, что данных, собранных о нынешней буре, хватит для изучения на многие годы. m/

Источник: www.spaceflightinsider.com