Экзотика в небе Марса: ученые впервые увидели процесс, который считался чистой теорией

Используя данные космического аппарата Европейского космического агентства Mars Express и передовую метеорологическую модель Красной планеты, группа исследователей под руководством Хорхе Эрнандеса-Берналя из LMD/CNRS/Sorbonne Université (Париж, Франция) обнаружила, что в основе формирования самого загадочного облака Марса может лежать крайне необычный физический процесс, который ранее не наблюдался ни в одной планетарной атмосфере. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Каждую весну и лето в южном полушарии Марса, в сезон пылевых бурь, над планетой появляется ослепительно белое образование — вытянутое облако Арсия Монс (Arsia Mons Elongated Cloud, AMEC). Оно зарождается с подветренной стороны от 20-километрового вулкана Арсия Монс (гора Арсия), ежедневно возникает, растет и исчезает, вытягиваясь в длину почти на 1800 километров. Этот цикл повторяется постоянно на протяжении нескольких месяцев. Mars Express впервые показал это облако в 2018 году и с тех пор неоднократно за ним наблюдал.

Ученые выяснили, что перед ними орографическое облако, такой тип встречается и на Земле, он образуется, когда ветер огибает гористый рельеф вулкана или горы. Однако когда специалисты попытались смоделировать, как именно это облако зарождается, их симуляции никак не воспроизводили то, что видно на снимках, до сих пор.

Чтобы облако появилось в модели, исследователям пришлось включить в расчеты так называемую экзотическую физику — процессы, которые описаны в учебниках, но считаются чисто теоретическими и обычно не встречаются в природе. Речь идет о гомогенной нуклеации. Обычно облака на Земле и в других мирах формируются, когда влажный воздух остывает, а водяной пар конденсируется в капли или кристаллы льда. Это происходит благодаря гетерогенной нуклеации: пару нужно за что-то зацепиться, за пылинки, соль, пыльцу или сажу.

На Марсе эту роль, как принято считать, играет пыль. Но в AMEC, судя по всему, все это происходит без всякой «подложки»: водяной пар превращается в ледяные частицы напрямую, минуя промежуточную стадию. Это можно сравнить с каплями конденсата, которые появились прямо посреди комнаты, а не на оконном стекле. Такой процесс, гомогенная нуклеация, ученые предполагали в верхних слоях атмосферы Земли и Венеры, но нигде не наблюдали. Его редкость объясняется исключительными условиями: относительная влажность должна превышать обычные земные значения более чем в 100 000 раз. На Марсе таких условий раньше не фиксировали, но новое исследование указывает на то, что влажность там действительно может достигать столь экстремальных уровней.

Ключ к разгадке — уникальное сочетание тонкой марсианской атмосферы и огромной высоты вулкана Арсия Монс. Когда ветер огибает вулкан, его масса порождает мощную волну, которая за считаные минуты поднимает влажные воздушные массы на несколько километров вверх. Атмосфера стремительно охлаждается, температура падает на 30 градусов всего за десять минут, а относительная влажность резко подскакивает. После этого водяной пар самопроизвольно замерзает, превращаясь прямо в частицы облака, так и возникает AMEC.

Хотя некоторые детали смоделированного облака не полностью совпадают с наблюдениями, результат, по словам ученых, впечатляющий: данных об атмосфере Марса гораздо меньше, чем о земной, поэтому воспроизвести AMEC с такой точностью большое достижение для модели.

Помимо углубления знаний об атмосферных процессах на Марсе и в других мирах, полученный результат напоминает: не стоит сбрасывать со счетов маловероятные процессы при изучении планет во Вселенной, включая экзопланеты. Хотя облака на Земле и Марсе, казалось бы, подчиняются одним и тем же «правилам», для понимания этого экзотического марсианского облака потребовалась экзотическая физика и, возможно, это справедливо и для других уголков космоса.

В итоге исследование показало, что вытянутое облако Арсии Монс формируется через гомогенную нуклеацию — редчайший процесс, при котором водяной пар превращается в лед напрямую, без участия пыли или других частиц. Это первый случай наблюдения подобного механизма в планетарной атмосфере, и он стал возможен благодаря уникальному сочетанию высоты вулкана Арсия Монс и тонкой марсианской атмосферы, где влажность может достигать экстремальных значений. Открытие не только объясняет природу самого заметного облака Красной планеты, но и расширяет представления о физических процессах, возможных в атмосферах других миров.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях