Проанализировав 20 лет изображений, полученных с космических аппаратов Mars Express и ExoMars Trace Gas Orbiter Европейского космического агентства, ученые отследили 1039 торнадоподобных вихрей,

Опубликованные в журнале Science Advances, выводы - в том числе о том, что ветры на Марсе «дуют» гораздо быстрее, чем ранее предполагалось - дают гораздо более четкое представление о погоде и климате Красной планеты.

Наблюдения за пыльными вихрями (dust devils)на красной планете ведутся на протяжении десятилетий с помощью марсоходов и орбитальных аппаратов. Новое исследование делает большой шаг вперед, поскольку впервые отслеживает движение большого количества пылевых вихрей, чтобы выяснить, как именно они перемещаются по поверхности Марса.

Исследование возглавил Валентин Бикель (Valentin Bickel) из Бернского университета в Швейцарии. Каталог вихрей является первым в истории, в котором указаны скорости и направления движения вихрей по всей поверхности Марса.

«Пылевые вихри делают невидимый ветер видимым», — объясняет Валентин. «Измерив их скорость и направление движения, мы начали составлять карту ветров по всей поверхности Марса. Раньше это было невозможно, потому что у нас не было достаточного количества данных для проведения таких измерений в глобальном масштабе».

Зачем изучать марсианскую пыль?

Пыль может защищать от солнца, сохраняя дневную температуру более низкой, и действовать как покрывало, повышая ночную температуру. Частицы пыли могут служить отправной точкой для образования облаков, в то время как пыльные бури могут вынуждать водяной пар улетучиваться в космос.

В отличие от Земли, где пыль вымывается из воздуха дождем, на Марсе она может долгое время оставаться в атмосфере, разносимая по всей планете. Поэтому для лучшего понимания климата Марса ученые стремятся выяснить, когда, где и как пыль поднимается с поверхности в атмосферу.

Для этого нового исследования учёные обучили нейронную сеть распознавать пылевые вихри, а затем проанализировали изображения, сделанные Mars Express с 2004 года и ExoMars TGO с 2016 года, чтобы составить каталог из 1039 таких вихрей.

Карта показывает местоположение всех 1039 пылевых вихрей и направление движения для 373 из них. Она подтверждает, что, хотя пылевые вихри встречаются по всему Марсу, даже на вершинах гор, многие из них поднимаются из определённых «исходных регионов». Например, большое количество вихрей сосредоточено в равнине Амазонис (Amazonis Planitia) (вверху слева на карте) — огромной области Марса, покрытой тонким слоем пыли и песка.

Отслеживая скорость движения пылевых вихрей, ученые установили, что скорость ветра достигает 44 м/с, или 158 км/ч. Эта скорость больше той, которую измеряли марсоходы на поверхности, хотя стоит отметить, что воздух на Марсе настолько разрежен, что человек едва ли заметил бы ветер скоростью 100 км/ч.

В ходе исследования было обнаружено, что в большинстве случаев пылевые вихри перемещались по поверхности быстрее, чем предсказывали современные модели погоды на Марсе. В местах, где скорость ветра оказалась выше ожидаемой, возможно, поднимается больше пыли, чем предполагалось ранее.

Как и на Земле, на Марсе существует смена времен года. Составленный каталог также показывает, что пылевые вихри наиболее распространены весной и летом в каждом полушарии. Они длятся несколько минут и обычно происходят днём, с пиком между 11:00 и 14:00 по местному времени.

Это очень похоже на Землю, где пылевые вихри чаще всего встречаются в сухих и пыльных местах с позднего утра до раннего послеполудня в летние месяцы.

Такой общий обзор требует большого объёма данных, который невозможно получить только с помощью марсоходов и посадочных модулей. До сих пор модели климата Марса основывались на ограниченных данных миссий, которые не охватывали большую часть поверхности планеты.

Благодаря этому исследованию появилось множество новых данных со всего Марса, что помогает улучшить и уточнить модели. Это повышает понимание и прогнозирование ветровых потоков на Красной планете.

«Информация о скоростях и направлениях ветра на Марсе также очень важна при планировании прибытия будущих посадочных аппаратов», — отмечает Валентин. «Наши измерения могут помочь учёным понять ветровые условия на месте посадки до приземления, что позволит оценить, сколько пыли может осесть на солнечные панели марсохода и, следовательно, как часто им нужно будет самоочищаться».

Мы уже используем информацию о пыли для планирования будущих миссий. Марсоход ExoMars Rosalind Franklin, который по предварительным планам, должен прибыть на Марс в 2030 году, будет учитывать сезон «глобальных пылевых бурь».

Валентин подчёркивает, что «этот каталог следов пылевых вихрей уже находится в открытом доступе, и любой может использовать его для своих исследований. Со временем добавляются новые записи — Mars Express и ExoMars TGO ежедневно собирают новые изображения».

«Теперь, когда мы знаем, где обычно происходят пылевые вихри, мы можем направлять больше снимков в эти конкретные места и в определённое время. Мы также координируем миссии, чтобы снимать одни и те же пылевые вихри одновременно, чтобы сравнивать измерения движения и проверять данные».

Mars Express и ExoMars TGO изначально не были предназначены для измерения скоростей ветра на Марсе. Команда Валентина использовала обычно нежелательную особенность данных для отслеживания пылевых вихрей.

Для обоих космических аппаратов одно изображение создаётся путём объединения видов из отдельных каналов (каждый канал рассматривает Марс либо в определённом цвете, либо с определённого направления — или и то, и другое). По конструкции между видами существует небольшая задержка. Эта задержка не создаёт проблем, если поверхность неподвижна, но может вызывать небольшие «цветовые смещения» в итоговом изображении, когда что-то движется, например облака или пылевые вихри. Эти смещения были именно тем, что искали исследователи — по словам Валентина, «мы превратили шум изображения в ценные научные измерения».

Последовательность изображений с Mars Express объединяет до девяти каналов с задержкой примерно от 7 до 19 секунд между каждым. Во время этих задержек пылевой вихрь, проходящий ниже, перемещается на небольшое расстояние, что позволяет ученым измерить его скорость. Поскольку в этом исследовании использовалось пять отдельных каналов, команда могла даже видеть, как сильно вихрь колебался из стороны в сторону, а также как изменялась его скорость со временем.

GIF 1 показывает пылевой вихрь, движущийся через пять каналов в одной последовательности изображений Mars Express.

Изображения, сделанные с помощью системы цветной и стереоизображения поверхности ExoMars TGO (CaSSIS), объединяют два вида, снятых с интервалом в одну секунду (для цветных изображений) или 46 секунд (для стереоизображений). Колебания и ускорение не видны, однако, дополнительная задержка позволяет наблюдать, как пылевые вихри перемещаются на гораздо большее расстояние между каждым изображением.

GIF 2 ниже показывает пылевой вихрь, сфотографированный ExoMars TGO с задержкой в одну секунду между видами. GIF 3 показывает тот же пылевой вихрь, снятый с задержкой в 46 секунд.

«Приятно видеть, как исследователи используют Mars Express и ExoMars TGO для совершенно неожиданных исследований», — говорит Колин Уилсон (Colin Wilson), научный руководитель проектов ЕКА для обеих миссий. «Пыль влияет на всё на Марсе — от местных погодных условий до качества снимков с орбиты. Трудно переоценить важность пылевого процесса».

Источник: www.esa.int