Бывают ли облака на Марсе?
Марс представляет собой планету-пустыню — воды в его атмосфере на два порядка меньше, чем в самых сухих регионах Земли. Зимой водяные пары в ней практически отсутствуют, появляясь лишь весной и летом. Максимальное содержание воды (100 мкм осажденной воды, равные 0,2 объемных процента) было зафиксировано летом над темным районом, опоясывающим северную остаточную полярную шапку.
В это время года атмосфера надо льдом полярной шапки обычно близка к насыщению.
Общее содержание пара в атмосфере планеты эквивалентно 1,3 км3 льда. Для сравнения – общее количество воды в атмосфере Земли превышает это марсианское достижение более чем в 100 миллионов раз. И тем не менее, на Марсе бывают облака, которые образуются из частичек водяного льда. Впрочем, в отличие от Земли, облака на Марсе образуются не только из воды, но и при конденсации углекислого газа.
Как правило, водяные облака формируются над марсианской поверхностью на высотах менее 20 км. Замечено, что многие из этих облаков образуются при поднятии воздушных масс по наветренным склонам крупных форм рельефа.
Мелкие обломки космических тел служат центрами для конденсации облаков высоко в разреженной атмосфере Красной планеты.
В сравнении с атмосферами Венеры или Земли марсианская выглядит довольно несерьезно. Масса ее в сотни раз меньше, чем у нашей, давление у поверхности — 1/170 атмосфер. Тем не менее она способна поднимать с грунта мелкие частицы, создавая вихри «пылевых дьяволов» и даже целые бури, которые иногда охватывают практически всю Красную планету. Появляются в ней и облака, причем на высоте стратомезосферы, в 30 и более километрах над поверхностью.
https://www.youtube.com/watch?v=JFSuLIRGyqM
Облака в атмосфере Земли образуются при конденсации водяного пара на пылинках, песчинках, кристаллах соли — частицах, поднятых достаточно высоко в воздух. В чрезвычайно разреженной атмосфере Марса на высотах в десятки километров этот механизм действовать не может. Ученые из Университета штата Колорадо в Боулдере связывают появление облаков на Марсе с пылью, поступающей в атмосферу с противоположной стороны — из космоса. Статья профессора Брайана Туна (Brian Toon) и его коллег опубликована в журнале Nature Geoscience.
По словам авторов работы, каждый день в атмосферу Марса падает две-три тонны мелких метеоров, которые разрушаются и рассеиваются в ее верхних слоях. Компьютерное моделирование показало, что заметная часть этих частиц может оставаться высоко в атмосфере и служить центрами конденсации влаги. Разумеется, они не достигают привычной нам плотности, однако и образование оказывает заметное влияние на состояние марсианской атмосферы, вызывая локальные изменения температуры в пределах 10 °С.
Фотографии «Кьюриосити» сделанные на 1758 марсианский день пребывания марсохода на планете. Ролик составлен из восьми фотографий, снятых ранним утром одной из навигационных камер. Облака напоминают земные перистые облака, которые обычно состоят из замерзшей воды. «Эти марсианские облака, — комментируют в агентстве, — состоят из кристаллов водного льда, которые конденсируются на пылевые гранулы в марсианской атмосфере».
В NASA говорят, что облака могут быть частью погодного паттерна, происходящего из эллиптической орбиты планеты. Но само по себе их движение на этой безжизненной планете по‑настоящему завораживает.
Одно из интересных и редких на Марсе атмосферных явлений было обнаружено «Викингом-1» при фотографировании северной полярной области в 1978 г. Это циклонические структуры, четко отождествляемые на фотографиях по вихревидным системам облаков с циркуляцией против часовой стрелки. Они были обнаружены в широтном поясе 65 — 80° с. ш. в течение «теплого» периода года, с весны до начала осени, когда здесь устанавливается полярный фронт. Его возникновение обусловлено существующим в это время года резким контрастом температур поверхности между краем ледяной шапки и окружающими равнинами.
Связанные с таким фронтом волновые движения воздушных масс и приводят к появлению столь знакомых нам по Земле циклонических вихрей. Обнаруженные на Марсе системы вихревидных облаков по размеру колеблются от 200 до 500 км, скорость их перемещения около 5 км/ч, а скорость ветров на периферии этих систем около 20 м/с. Длительность существования отдельного циклонического вихря колеблется от 3 до 6 суток. Величины температур в центральной части марсианских циклонов свидетельствуют о том, что облака состоят из кристалликов водяного льда.
На Марсе ночью идет снег
Моделирование марсианской атмосферы показало, что ночью на Марсе могут возникать снежные штормы. При некоторых условиях снег может долетать даже до поверхности планеты.
На Марсе бывают не только облака, но и осадки. Из облаков, состоящих из углекислого газа, могут падать снежинки сухого льда. А в 2008 году космический аппарат Phoenix зарегистрировал на Марсе привычный нам снег из замерзшей воды. Снег шел из облаков на высоте около 4 км и испарялся, не долетая до поверхности планеты.
Чтобы понять, при каких условиях на Марсе могут возникать такие водно-ледяные осадки, ученые смоделировали погоду в разных регионах Марса. Они выбрали вулканическое нагорье Фарсида, где часто можно встретить облака, и безоблачную равнину Амазонию.
Моделирование показало, что там, где часто образуются облака из воды и льда, ночью могут возникать штормы. Из-за сильного понижения температуры слои облака начинают перемешиваться, и снег вместе с сильным нисходящим порывом ветра падает вниз. Эти штормы напоминают возникающие на Земле микрошквалы. При микрошквале поток воздуха со скоростью в десятки метров в секунду опускается из грозового облака на Землю вместе с дождем или снегом.
На Марсе большая часть таких штормов не достигает поверхности планеты. Именно такое явление, скорее всего, и зарегистрировал марсоход Phoenix. Моделирование показало, что только в случае, если облака находятся на высоте в 1−2 км, снег может долететь до поверхности Марса.
Изучение и моделирование подобных явлений необходимо, чтобы понять, как происходит круговорот воды на Марсе и насколько этот цикл стабилен. Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience. Ранее другая группа ученых описала, какие дожди могли идти на Марсе миллиарды лет назад.