Физики смоделировали марсианскую зиму

Международный коллектив ученых, в котором работали и ученые из МФТИ, численно смоделировал распределение водяного пара и льда в атмосфере Марса в течение года. Они смогли получить более точную картину, которая лучше согласуется с результатами прямых измерений с орбитальных зондов. Статья опубликована в Journal of Geophysical Research: Planets.

Воды на Марсе сравнительно немного, особенно в разреженной холодной атмосфере. Если собрать всю взвешенную в атмосфере воду и распределить ее ровным слоем по поверхности планеты, то толщина слоя составит не более 20 микрометров. Но даже несмотря на низкую концентрацию, вода оказывает значительное влияние на марсианский климат. Например, облака рассеивают и переизлучают падающее на них инфракрасное излучение, а конденсация льда на аэрозольных частицах очищает атмосферу от пыли. Поэтому для того, чтобы понимать происходящие на Марсе процессы, важно разобраться, как именно вода в виде пара и ледяных кристаллов переносится воздушными потоками атмосферы планеты и перераспределяется между сезонными полярными шапками.

Используя результаты измерений космических зондов, ученые ранее разработали модель марсианской атмосферы, которую впоследствии уточнили и проверили с помощью численных расчетов. Однако их результаты не всегда согласуются с данными реальных измерений. Все разработанные численные модели учитывают конденсацию воды на аэрозольных частицах, взвешенных в атмосфере. Получается, что результаты моделирования зависят от распределения этих частиц по размерам, которое известно недостаточно хорошо. Обычно считается, что у этого распределения всего один максимум. Но последние наблюдения указывают на то, что в отдельные сезоны у него может быть два пика — такое распределение называется бимодальным.

В своей работе группа ученых построила модель гидрологического цикла Марса, учитывая, что концентрация аэрозольных частиц по размерам распределяется бимодально. Для этого они использовали модель общей циркуляции атмосферы Марса MAOAM (Martian Atmosphere Observation and Modeling — моделирование и наблюдение за марсианской атмосферой), разработанную в институте имени Макса Планка. Опираясь на трехмерный расчет циркуляции атмосферы, физики построили теоретическую модель процессов, которая позволяет качественно объяснить фазовые переходы воды и ее перенос атмосферными потоками.

В результате ученые выяснили, что наибольшая концентрация воды достигается над северным полюсом планеты в тот момент, когда в соответствующем полушарии наступает лето. По мере приближения зимы плотность водяного пара, взвешенного в атмосфере, постепенно снижается, что может указывать на конденсацию воды и выпадение в виде осадков на поверхность Марса. Результаты расчетов практически полностью совпали с картой, построенной на основании наблюдений SPICAM: небольшие расхождения наблюдались только около периодов наибольшей концентрации воды в атмосфере.

Кроме того, физики аналогичным способом рассчитали плотность и распределение в атмосфере облаков, состоящих из микроскопических кристаллов льда. Оказалось, что наибольшее количество льда содержалось над экваториальными областями планеты в течение тех же периодов, когда над северным полюсом плотность водяного пара была максимальной (то есть северным летом).

Исследователи подчеркивают, что результаты моделирования с использованием бимодального распределения отличаются от расчетов, в которых распределение частиц по размерам имело всего один максимум, и лучше согласуются с экспериментальными данными. Так, например, обычные расчеты несколько занижают высоту ледяных облаков и хуже согласуются с экспериментом во время периодов, когда водяной пар достигает наибольшей плотности.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.