1800-километровое вытянутое облако на Марсе раскрывает редкую атмосферную физику

Image: Illustrative image · European Space Agency · CC BY-SA 3.0 igo · Source

Огромное вытянутое облако водяного льда над Арсия Монс на Марсе формируется благодаря необычной физике — гомогенной нуклеации — ранее считавшейся лишь теоретической и не наблюдавшейся в природе.

Исследователи раскрыли причину удивительного атмосферного явления, регулярно происходящего над Арсия Монс, спящим вулканом на Марсе. Каждый год гигантское вытянутое облако водяного льда длиной до 1800 километров образуется над вулканом в ранние часы утра, сохраняется несколько часов, а затем рассеивается к полудню. С момента его открытия в 2018 году это Вытянутое Облако Арсия Монс (AMEC) ставило учёных в тупик, поскольку его поведение не соответствовало известным моделям формирования облаков.

Обычно капли облаков или кристаллы льда требуют ядер конденсации — частиц, например, пыли, чтобы образоваться. На Марсе с его пыльной поверхностью ученые предполагали, что кристаллы льда накапливаются на пылевых частицах в воздухе. Однако существующие модели не могли воспроизвести наблюдаемое явление AMEC, пока физики не включили редко наблюдаемый процесс, называемый гомогенной нуклеацией. Этот процесс заключается в прямом переходе водяного пара в кристаллы льда без каких-либо промежуточных ядер или пыли, подобно тому, как капли формируются спонтанно в открытом воздухе, а не на поверхности.

Гомогенная нуклеация требует экстремального перенасыщения водяным паром — условий, которые ранее считались возможными только в редких ситуациях, таких как Венера или верхние слои земной атмосферы. Марс, к удивлению, достигает таких условий благодаря уникальному взаимодействию топографии Арсия Монс и тонкой атмосферы планеты. Высота вулкана в 19 километров действует как гигантский аэродинамический барьер: ветры поднимают влажный воздух вверх, быстро охлаждая его примерно на 30 °C за десять минут и увеличивая относительную влажность до уровней, при которых лёд самоликвидируется.

«Экзотическая физика гомогенной нуклеации была необходима для воспроизведения AMEC в наших моделях», — объяснил Хорхе Эрнандес-Берналь, ведущий автор исследования. Хотя модель не идеально предсказывает все аспекты поведения облака, она убедительно демонстрирует, что без этого процесса облако не сформировалось бы. Результаты указывают, что Марс может достигать ранее нераспознанных экстремальных уровней влажности.

Миссия Mars Express Европейского космического агентства сыграла ключевую роль в наблюдении AMEC на протяжении нескольких лет. Данные Mars Express с высокой временной разрешающей способностью предоставили беспрецедентный детальный взгляд на формирование и рассеяние облака, что было решающим для разгадки тайны.

Это открытие имеет более широкое значение за пределами Марса. Оно указывает на то, что атмосферные явления на других планетах могут работать по физическим принципам, которые обычно не наблюдаются или не ожидаются на основе атмосферы Земли. Как сказал Колин Уилсон, научный руководитель проекта Mars Express: «Понимание этого экзотического марсианского облака потребовало экзотической физики, и подобные принципы могут применяться в атмосферах других планет.»