By 
Протягом століть Марс захоплював людську уяву – від ранніх астрономів до сучасних вчених. Червона планета залишається джерелом таємниць, і з можливістю майбутніх пілотованих місій розуміння її середовища стає важливішим, ніж будь-коли. Хоча найбільшу увагу зазвичай привертають гори та долини Марса, його атмосфера є не менш цікавою та складною.
Недавні дослідження, включаючи роботу вчених з Токійського університету, пролили нове світло на поведінку атмосфери Марса. Дослідники виявили, що атмосферні гравітаційні хвилі відіграють ключову роль у формуванні широтних повітряних потоків, особливо в середніх і верхніх шарах атмосфери планети. Це відкриття допомагає краще зрозуміти марсіанську погоду та може також покращити прогнозування клімату на Землі.
Поведінка атмосфери Марса
Щоб оцінити важливість цих знахідок, варто спершу зрозуміти, чим атмосфера Марса відрізняється від земної. Земля має густу атмосферу, багату на азот і кисень, що робить її придатною для життя. Марс, навпаки, має дуже розріджене повітря, яке майже повністю складається з вуглекислого газу. Ця ключова різниця спричиняє унікальні особливості поведінки марсіанської атмосфери. Попри відмінності, вітри на обох планетах виникають через їхнє обертання та нагрівання Сонцем.
«На Землі великомасштабні атмосферні хвилі, що виникають через обертання планети, відомі як хвилі Россбі, є основною рушійною силою циркуляції повітря в стратосфері – нижній частині середньої атмосфери», – пояснює професор Каору Сато з кафедри науки про Землю та планети.
«Але наше дослідження показує, що на Марсі домінуючу роль у середній атмосфері на середніх і високих широтах відіграють гравітаційні хвилі (GW)». «Хвилі Россбі є великомасштабними, тобто вони добре моделюються та спостерігаються. Натомість гравітаційні хвилі занадто дрібні, щоб їх безпосередньо виміряти, тому їхній вплив оцінюється непрямими методами».
Що таке гравітаційні хвилі?
Гравітаційні хвилі – це коливання в повітрі, що виникають, коли повітряні маси рухаються вгору і вниз, подібно до хвиль в океані, через різницю тиску і сили плавучості. Важливо не плутати їх із гравітаційними хвилями в астрофізиці, які утворюються внаслідок космічних подій, таких як зіткнення чорних дір.
Оскільки гравітаційні хвилі є дрібномасштабними та важкими для прямого спостереження, вчені довгий час не могли точно виміряти їхній вплив на атмосферу Марса. Щоб вирішити цю проблему, професор Сато та її команда використали спеціальний набір даних – Ensemble Mars Atmosphere Reanalysis System (EMARS). Він поєднує спостереження з космічних апаратів за багато років, що дозволяє глибше дослідити, як ці хвилі впливають на погоду та клімат Марса.
Новий погляд на атмосферу Марса
Дослідження показало, що гравітаційні хвилі швидко переносять кутовий момент, впливаючи на циркуляцію повітря з півночі на південь у середній атмосфері Марса.
«Ми виявили цікаву річ: гравітаційні хвилі значно впливають на вертикальне перенесення кутового моменту, що, своєю чергою, формує циркуляційні потоки між північчю і півднем у середній атмосфері Марса», – зазначає аспірантка Адзю Асумі. «Це цікаво, бо така поведінка більше нагадує мезосферу Землі, ніж її стратосферу. Це означає, що існуючі моделі атмосферної циркуляції Марса можуть потребувати уточнення, щоб краще враховувати ефекти хвиль. Це може покращити майбутні кліматичні та погодні моделі».
Як це допоможе покращити прогноз погоди на Землі
Вивчення Марса допомагає вченим краще зрозуміти принципи роботи атмосфер на різних планетах. Хоча Земля і Марс відрізняються, у них є й певні подібності, наприклад, швидкість обертання навколо своєї осі та нахил осі відносно орбіти. Це робить Марс корисною моделлю для дослідження загальних атмосферних процесів.
Водночас, атмосфера Марса набагато розрідженіша, ніж земна, і складається переважно з вуглекислого газу. Його екстремальні пори року також призводять до унікальних погодних явищ. Ці відмінності дають ученим можливість досліджувати, як різні фактори впливають на клімат планети. Зіставлення атмосферних процесів Марса і Землі допомагає покращити розуміння глобальної циркуляції повітря. Це знання може бути застосоване для вдосконалення прогнозів погоди та кліматичних моделей на Землі.
Дослідження пилових бур на Марсі
«У майбутньому ми плануємо дослідити вплив марсіанських пилових бур на атмосферну циркуляцію. Досі наш аналіз охоплював лише роки без значних пилових бур», – зазначає Сато. «Однак такі бурі суттєво змінюють атмосферні умови, і ми підозрюємо, що вони можуть посилювати вплив гравітаційних хвиль на циркуляцію. Наше дослідження закладає основу для прогнозування марсіанської погоди, що буде критично важливим для майбутніх місій на Марс».
Майбутні дослідження вивчатимуть, як пилові бурі змінюють атмосферні процеси в глобальному масштабі. Якщо вчені навчаться прогнозувати ці зміни з високою точністю, планувальники місій зможуть краще підготувати астронавтів до екстремальних погодних умов на Марсі. З кожним новим відкриттям мрія про точний прогноз погоди на Марсі стає дедалі реальнішою. Дослідження опубліковане в журналі Journal of Geophysical Research Planets.
Comments