Танцы ветра: пылевые вихри Марса наносят на карту

Марс давно перестал быть просто точкой на ночном небе. Для человечества это мир исполинских каньонов, высочайших вулканов и загадочных следов древних рек. Но за этим величественным пейзажем скрывается динамичная и постоянно меняющаяся атмосфера. У этой стихии есть свои хореографы, делающие ее движение зримым — пылевые вихри (или пылевые дьяволы). Десятилетиями астрономы наблюдали за этими призрачными танцорами, но лишь теперь, благодаря инновационному исследованию под руководством Валентина Бикеля из Бернского университета, ученым удалось не просто увидеть их танец, но и понять его ритм и направление, составив первую в истории глобальную карту марсианских ветров.

От случайных наблюдений к глобальному каталогу

Важность нового исследования заключается в его масштабе и методологии. До сих пор наши знания о ветрах на Марсе были фрагментарными, основанными на ограниченных данных с марсоходов и посадочных модулей, которые охватывали лишь крошечные участки планеты. Команда Валентина Бикеля совершила качественный скачок, применив для анализа архивных снимков, сделанных орбитальными аппаратами Mars Express (с 2004 года) и ExoMars TGO (с 2016 года), искусственный интеллект.

Они обучили нейронную сеть автоматически распознавать и отслеживать пылевые вихри. В результате был создан каталог, включающий 1039 идентифицированных вихрей, для 373 из которых были точно определены скорость и направление движения. Этот каталог стал первым в своем роде и уже сейчас доступен для использования всеми учеными мира.

Пыль как ключ к пониманию марсианского климата

Может показаться, что исследование пыли — дело скучное, однако на Марсе она играет фундаментальную роль в формировании климата. В отличие от Земли, где дожди очищают атмосферу, марсианская пыль может парить в разреженном воздухе месяцами, разносясь по всей планете. Она экранирует солнечный свет, понижая дневную температуру, и, подобно одеялу, удерживает тепло ночью. Частицы пыли служат ядрами для формирования облаков, а глобальные пыльные бури способны даже вынуждать водяной пар покидать атмосферу планеты. Поэтому, чтобы по-настоящему понять климат Марса, необходимо выяснить, когда, где и как пыль поднимается с поверхности. Пылевые вихри, эти мини-смерчи, являются одним из главных механизмов такой «поставки».

Главные открытия: источники, скорость и сезонность вихрей

Анализ нового каталога позволил сделать ряд важных открытий. Карта распределения вихрей подтвердила, что они встречаются по всему Марсу, включая склоны гигантских вулканов, но при этом имеют четко выраженные «источники» — регионы, где они формируются особенно часто. Одним из таких очагов оказалась Амазонийская равнина, обширная территория, покрытая тонким слоем пыли и песка, идеальным материалом для вихрей.

Самым впечатляющим результатом стали измерения скорости ветра. Исследователи зафиксировали движения со скоростью до 44 метров в секунду, что эквивалентно 158 километрам в час. Эта скорость превышает все ранее зафиксированные показатели. Важно отметить, что из-за крайне разреженной атмосферы Марса даже такой стремительный ветер не ощущался бы человеком так сильно, как на Земле. Однако для подъема пыли его энергии более чем достаточно. Более того, выяснилось, что вихри часто движутся быстрее, чем предсказывают существующие климатические модели, что указывает на необходимость их пересмотра.

Исследование также выявило сезонность в поведении вихрей. Как и на Земле, они чаще всего наблюдаются в весенние и летние месяцы в каждом полушарии. Их жизненный цикл длится несколько минут, а пик активности приходится на позднее утро и ранний день, между 11:00 и 14:00 по местному солнечному времени, когда поверхность планеты максимально прогрета.

Практическая польза: от безопасных посадок до межмиссионной кооперации

Полученные данные имеют не только теоретическую, но и огромную практическую ценность для будущего исследования Марса. Точная информация о скорости и направлении ветра критически важна для планирования посадки новых аппаратов. Она позволяет инженерам заранее оценить ветровые условия в районе приземления и спрогнозировать, насколько быстро солнечные панели марсоходов будут покрываться пылью, что напрямую влияет на продолжительность их работы. Уже сейчас эти знания используются для выбора времени посадки миссии «ЭкзоМарс Розалинд Франклин», запланированной на 2030 год, которую намеренно отправят на Марс вне сезона глобальных пыльных бурь.

Методология исследования открывает и новые возможности для координации между орбитальными аппаратами. Теперь, зная «горячие точки» образования вихрей, ученые могут целенаправленно наводить камеры на эти регионы в нужное время. Кроме того, появилась возможность координировать съемку одного и того же вихря разными аппаратами одновременно, что позволит перепроверять данные и получать еще более точные измерения.

Использование «артефактов»: превращение шума в данные

Особую изобретательность проявила команда, использовав для своих измерений техническую особенность съемки, которую обычно считают помехой. Снимки с камер Mars Express и ExoMars TGO создаются путем наложения изображений с нескольких каналов, сделанных с небольшой задержкой во времени. Если на поверхности ничего не движется, эта задержка незаметна. Но когда в кадр попадает движущийся объект, такой как пылевой вихрь, он успевает сместиться между кадрами, создавая на итоговом изображении едва заметное «цветное смещение».

Именно эти смещения, которые раньше считались шумом, исследователи научились детектировать и анализировать. Как образно отметил Валентин Бикель, «мы превратили шум изображения в ценные научные данные». Использование пяти отдельных каналов даже позволило отследить, как вихрь колеблется из стороны в сторону и как меняется его скорость в течение короткого промежутка времени.

Это исследование — блестящий пример того, как новые технологии, креативный подход к анализу данных и кооперация между миссиями позволяют разгадывать давние загадки Красной планеты, открывая новую главу в нашем понимании ее динамичной и загадочной атмосферы.