Марсіанські пилові бурі створюють хмари схожі на Землю

Марсовий експрес ESA показав, що Марс утворює напрочуд схожі на земні структури хмар, які нагадують хмари в тропічних регіонах нашої планети. Земля і Марс мають дуже різні атмосфери. Суха холодна атмосфера Марса майже повністю складається з вуглекислого газу, тоді як атмосфера Землі багата азотом і киснем. Щільність його атмосфери становить менше однієї п’ятдесятої земної атмосфери, що еквівалентно щільності на висоті приблизно 35 км над поверхнею Землі.

Не зважаючи на те, що вони дуже відрізняються, їхні структури хмар виявилися напрочуд схожими на Землю, що вказує на схожі процеси формування. Нове дослідження глибше занурюється у дві пилові бурі, які сталися поблизу Північного полюса Марса у 2019 році. Моніторинг штормів проводився навесні на Північному полюсі, коли місцеві шторми зазвичай назрівають навколо крижаної шапки, що відступає.

Дві камери на борту Mars Express — Visual Monitoring Camera (VMC) і High Resolution Stereo Camera (HRSC) — разом із камерою MARCI на борту Mars Reconnaissance Orbiter НАСА знімали шторми з орбіти.

Послідовність зображень VMC показує, що шторми, здається, ростуть і зникають у повторюваних циклах протягом кількох днів, демонструючи спільні риси та форми. Спіральні форми помітно помітні на ширших ракурсах зображень HRSC. Спіралі мають довжину від 1000 до 2000 км, і їх походження таке ж, як і у позатропічних циклонів, які спостерігаються в середніх і полярних широтах Землі.

Зображення демонструють певне явище на Марсі. Вони показують, що марсіанські пилові бурі складаються з рівномірно розташованих менших хмарних клітин, розташованих як зерна або камінчики. Текстуру також можна побачити в хмарах в атмосфері Землі.

Звичні текстури утворюються конвекцією, за якої гаряче повітря піднімається вгору, оскільки воно менш щільне, ніж холодніше повітря навколо нього. Тип конвекції, який спостерігається тут, називається конвекцією із закритою коміркою, коли повітря піднімається в центрі невеликих хмарних кишень або комірок. Проміжки неба навколо хмарних комірок є шляхами, через які холодніше повітря опускається нижче гарячого повітря, що піднімається.

На Землі повітря, що піднімається, містить воду, яка конденсується, утворюючи хмари. Хмари пилу, зображені Mars Express, показують той самий процес, але на Марсі повітряні стовпи, що піднімаються, містять пил, а не воду. Сонце нагріває запорошене повітря, змушуючи його підніматися вгору та утворювати пилові клітини. Клітини оточені областями тонучого повітря, які містять менше пилу. Це породжує зернистий малюнок, який також видно на зображенні хмар на Землі.

Відстежуючи рух комірок у послідовності зображень, можна виміряти швидкість вітру. Вітер дме над хмарними об’єктами зі швидкістю до 140 км/год, внаслідок чого форма клітин витягується в напрямку вітру. Не зважаючи на хаотичну та динамічну атмосферу Марса та Землі, природа створює ці впорядковані моделі.

«Коли думати про атмосферу на Землі, схожу на марсіанську, можна легко подумати про суху пустелю або полярний регіон. Тому досить несподівано, що через відстеження хаотичного руху пилових бур можна провести паралелі з процесами, які відбуваються у вологих, жарких і явно дуже несхожих на Марс тропічних регіонах Землі», — коментує Колін Вілсон, науковий співробітник проєкту Mars Express ESA.

Одним із ключових відомостей, які стали можливими завдяки зображенням VMC, є вимірювання висоти пилових хмар. Довжина тіні, яку вони відкидають, вимірюється та поєднується зі знанням положення сонця для вимірювання висоти хмар над поверхнею Марса. Результати показали, що пил може досягати приблизно 6–11 км над землею, а клітини мають типові горизонтальні розміри 20–40 км.

«Не зважаючи на непередбачувану поведінку пилових бур на Марсі та сильні пориви вітру, які їх супроводжують, ми побачили, що в їх складності можуть виникати організовані структури, такі як фронти та комірчасті моделі конвекції», — пояснює Агустін Санчес-Левага з Університету Паїсу. Васко UPV/EHU (Іспанія), який очолює наукову групу VMC і є головним автором статті, що представляє новий аналіз.