Безумный Марс: цепкий взгляд с орбиты

Когда весна пришла в южное полушарие Марса, над потухшим вулканом Arsia Mons появилось обычное для этих мест облако. Оно быстро растягивается на сотни километров и исчезает буквально за несколько часов. Детальное исследование, проведённое благодаря работе орбитального аппарата Mars Express, раскрывает его секреты.

Mars Express уже замечал это явление ранее и именно в этом регионе — рядом с вулканом Arsia Mons. Удивительно, но облако появляется именно в это время года, каждую весну и лето уже несколько десятков лет.

Однако облако трудно наблюдать в полном объёме из-за быстрой, изменчивой динамики марсианской атмосферы и ограничений, связанных с орбитой аппаратов, что в своё время помешало учёным получить полную информацию о формировании данного объекта.

«Чтобы устранить эти препятствия, мы использовали один из инструментов Mars Express – камеру визуального мониторинга, или VMC» - говорит Хорхе Эрнандес Берналь (Jorge Hern?ndez Bernal) из Университета Страны Басков в Бильбао, Испания, ведущий автор нового исследования.

Также прозванная веб-камерой Mars, VMC имеет разрешение, аналогичное разрешению стандартной компьютерной веб-камеры 2003 года. Она была установлена для визуального подтверждения того, что посадочный модуль Beagle 2 успешно отделился от Mars Express ещё в 2003 году, после чего была выключена. Несколько лет спустя эта камера была вновь активирована и использовалась для сбора изображений Марса в целях привлечения общественности и проведения различных мероприятий, однако в научных исследованиях участия не принимала.

«Однако мы решили воспользоваться VMC в своих целях. Камера имеет низкое разрешение, но у неё широкое поле зрения – и это замечательно подходит для отслеживания эволюции объекта как в течение длительного периода времени, так и в коротких промежутках. В результате мы смогли изучить весь «жизненный» цикл облака.»

Исследовательская группа объединила наблюдения VMC с наблюдениями двух других приборов Mars Express – OMEGA и HRSC – и нескольких других космических аппаратов, а именно миссии Mars Atmosphere and Volatile Evolution НАСА (MAVEN), Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) и Viking 2 , а также миссии Mars Orbiter индийской организации космических исследований (MOM).

Результаты исследования показали, что облако имеет размер около 1 800 км в длину и 150 км в поперечнике. Это самое большое облако, когда-либо наблюдаемое на Марсе, появилось в результате подъёма восходящих потоков по склону вулкана и конденсации влаги на самой вершине.

Облако появляется каждое утро в течение нескольких месяцев. Оно начинает расти перед восходом Солнца на западном склоне Arsia Mons, и расширяется на запад со скоростью около 600 километров в час, образуя «хвост». Затем рост прекращается, облако отделяется от своего первоначального местоположения и летит на запад, прежде чем испариться поздним утром, когда температура повышается.

«Это действительно первое детальное исследование этой интересной особенности — и это стало возможным не только благодаря разнообразному набору инструментов Mars Express, но и его орбите. Из-за своих орбит многие орбитальные аппараты лишены возможности наблюдения этого региона именно ранним марсианским утром»

Ни одна другая климатическая система в Солнечной системе не считается столь похожей на земную, как марсианская, но даже несмотря на это, две планеты демонстрируют явные и интригующие различия.

«Подобного рода облака наблюдаются и на Земле, хотя они не достигают такой огромной длины и не демонстрируют такой яркой динамики. Понимание этого облака даёт нам прекрасную возможность попытаться воспроизвести образование облака с помощью моделей, которые улучшат наши знания о климатических системах как на Марсе, так и на Земле.»

«Это исследование демонстрируют сильные стороны Mars Express – его уникальную орбиту, долговечность и способность адаптироваться при решении различных задач. VMC позволила учёным отследить момент формирование облака, наблюдать за пылевыми бурями, исследовать облачные и пылевые структуры в атмосфере Марса, исследовать изменения в полярных шапках планеты и многое другое. Его повторное включение не только поддерживает основной инструментарий Mars Express для исследования Марса, но и позволяет получить больше информации о Красной планете.»

Не метаном единым

За полтора марсианских года (около трёх земных лет) приборы другой марсианской АМС ACS и FREND основательно потрудились и собрали больше данных, чем было получено в ходе других орбитальных миссий, изучающих Марс уже больше десяти лет. Оба прибора созданы в Институте космических исследований (ИКИ) РАН по заказу Госкорпорации «Роскосмос».

Спектрометрический комплекс ACS, состоящий из трёх приборов, исследует атмосферу и климат Марса. С весны 2018 г. он ведёт «охоту» в том числе за малыми составляющими атмосферы планеты в стремлении заметить любые признаки геофизической или биологической активности. «Жизнь» ACS на орбите вокруг Марса оказалась насыщенной научными событиями. Летом 2018 г. TGO посчастливилось наблюдать глобальную пылевую бурю, позволившую учёным лучше «присмотреться» к динамике марсианской атмосферы. В 2019 г. была опубликована статья в журнале Nature, где зафиксировано, что спектрометры ACS не зарегистрировали метан в атмосфер планеты, а это показывает, что концентрация этого газа-биомаркера на Марсе в 10–100 раз меньше, чем показывали приборы на предшествующих марсианских орбитальных станциях.

Самое свежее научное достижение ACS – открытие в атмосфере Марса хлороводорода (HCl). Этот газ проявился во время глобальной пылевой бури, а после ее окончания «таинственно» исчез. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Science Advances 10 февраля 2021 г.

Чем важен хлороводород?

Хлороводород (HCl) – газ, который на данный момент найден на трех планетах: Земле, Венере и Марсе. На нашей планете он попадает в атмосферу из моря, когда частицы морских солей превращаются в аэрозоль. В результате взаимодействия с водой высвобождается хлор, который далее, реагируя с водородсодержащими соединениями, образует хлороводород.

Это очень приятный и позитивный результат работы нашей аппаратуры. История получилась интересной, захватывающей, потому что хлороводород пытались обнаружить в атмосфере до ExoMars и никогда не находили. Мы, прилетев на Марс, изучили данные с лучшей точностью, чем в предыдущих исследованиях. И выяснилось, что хлороводород удивительным образом присутствует только в определенные сезоны. Это открытие стало сюрпризом, потому что совершенно не совпадало с представлениями о химии на Марсе. Оно, конечно, не внесёт фундаментальных изменений в общую динамику, потому что концентрация порядка частей на миллиард – это очень мало. Но интересно, что у хлороводорода прослеживается явный сезонный цикл. И теперь вопрос в том, чтобы объяснить механизмы его появления в определенных местах в определенный сезон, а также столь стремительного исчезновения.

Среди возможных источников хлороводорода в атмосфере Марса – частицы пыли, поднятой с поверхности во время глобальной пылевой бури, или активный вулканизм. На Земле, как известно, малое количество хлороводорода высвобождается в результате извержения вулканов. Однако если бы к увеличению концентрации этого газа на Марсе приводили аналогичные процессы, то оно должно было бы коррелировать с сейсмической активностью. На данный момент при сравнении с данными посадочного аппарата InSight (NASA) такое соответствие не установлено. Кроме того, «всплески» концентрации хлороводорода во время глобальной пылевой бури позволяют предположить, что хлор был «потревожен» на поверхности из-за суровых погодных условий.