Гигантское марсианское облако длиной 1600 км подчиняется неизвестной Земле экзотической физике

Свежее компьютерное моделирование раскрыло природу гигантского вытянутого облака горы Арсия: феномен возникает благодаря уникальному метеорологическому механизму, зафиксированному впервые

Величественное марсианское облако протяженностью 1600 километров, которое ежедневно зарождается в атмосфере соседней планеты и столь же стремительно рассеивается, таит в себе еще больше загадок, чем предполагали исследователи. Новейшее математическое моделирование продемонстрировало, что объяснить этот феномен способна лишь «экзотическая физика» — ее концепции давно предсказывались теоретически, однако до сих пор не фиксировались ни на Земле, ни в каких-либо иных уголках Солнечной системы.

Интригующее атмосферное образование, получившее наименование «вытянутое облако горы Арсия» (Arsia Mons Elongated Cloud, AMEC), регулярно формируется над гигантским потухшим вулканом высотой 20 километров. Эта гора расположена в провинции Фарсида, в южном полушарии планеты. Состоящая преимущественно из водяного пара структура была зафиксирована в 2018 году европейским зондом Mars Express. С тех пор аппарат наблюдает ее почти каждое марсианское утро в теплые сезоны, когда интенсивный солнечный нагрев порождает мощные ветровые потоки у поверхности. Тем не менее, жизнь этого гиганта мимолетна — спустя всего несколько часов облако полностью испаряется.

В пиковые периоды длина AMEC дотягивает до 1800 километров. Для наглядности, это превосходит протяженность Великобритании почти в два раза и сопоставимо с дистанцией между Нью-Йорком и Майами [или расстоянием от Архангельска до Волгограда / прим. перев.].

Если масштабные пылевые бури или редкие полосы из углекислого газа привычны для марсианских пейзажей, то водяной пар в атмосфере планеты крайне дефицитен. По этой причине привычные землянам пушистые облака здесь образуются исключительно редко, а столь монументальные структуры долгое время ставили научное сообщество в тупик.

Тем не менее, в недавней научной работе, увидевшей свет 7 октября на страницах Nature Geoscience, специалисты задействовали архивные сведения Mars Express для построения усовершенствованных цифровых моделей. На начальных этапах воспроизвести феномен не удавалось, но отказ от стандартных метеорологических шаблонов в пользу нестандартных допущений наконец привел к успеху.

«Для воссоздания AMEC в рамках нашего симулятора нам потребовалось задействовать механизмы из области экзотической физики. Они детально прописаны в академических руководствах, но считаются сугубо теоретическими и в реальных условиях земной природы не реализуются, — пояснил ведущий эксперт проекта Хорхе Эрнандес-Берналь, сотрудник Университета Страны Басков в Испании, проводивший изыскания в парижской Сорбонне. — Как только эти принципы были внедрены в модель, облако смоделировалось с абсолютной точностью».

«Полная неожиданность»

По своей природе AMEC относится к орографическим облакам. Такие структуры рождаются, когда мощные воздушные потоки наталкиваются на горное препятствие, устремляются вверх по склонам и переваливают через пик. Земные аналоги хорошо известны — в качестве примера можно привести «Левантер», возникающий в окрестностях Гибралтара. Тем не менее, марсианский феномен не удается описать в рамках земных алгоритмов.

На нашей планете конденсация влаги происходит путем гетерогенного зародышеобразования: охлаждающийся воздух заставляет пар кристаллизоваться вокруг мельчайших взвешенных частиц вроде пылинок, соли или сажи. И хотя в атмосфере Марса пыли предостаточно, в данном сценарии задействован принципиально иной закон.

«Анализ показывает, что для появления AMEC аэрозольные примеси в виде посторонних частиц вовсе не обязательны, — отметил Эрнандес-Берналь, посвятивший изучению облака последние шесть лет. — Молекулы воды трансформируются непосредственно в ледяные кристаллы, минуя промежуточные этапы. Образно говоря, это сопоставимо с ситуацией, когда капли росы оседают не на оконной поверхности, а прямо в свободном пространстве комнаты».

Авторы открытия классифицируют этот механизм как «гомогенную нуклеацию» и подчеркивают, что прежде он не фиксировался в газовых оболочках планет. «Подобный исход стал для нас абсолютным сюрпризом», — резюмировал ученый.

Ранее высказывались гипотезы, что гомогенное зародышеобразование способно происходить в верхних земных слоях атмосферы или в облачном слое Венеры. Однако такие сценарии признавались крайне маловероятными, поскольку для них требуется концентрация влаги, превышающая приземные показатели Земли примерно в сто тысяч раз.

Учитывая крайнюю сухость современного Марса, подобные значения кажутся невозможными, однако телеметрические данные Mars Express опровергают этот скептицизм.

При движении воздушных масс вверх по гигантским склонам Арсии (высота которой превосходит Эверест более чем в два раза) рождается мощнейшая гравитационная волна, катапультирующая воздух в верхние стратосферные слои с колоссальной скоростью. Расчеты показывают, что температурные показатели могут падать на 30°C всего за 10 минут. Это не только способствует мгновенной кристаллизации влаги, но и кратно увеличивает локальную относительную влажность внутри волны, делая гомогенную нуклеацию физически возможной.

Источниками столь значительного объема пара выступают как фоновые атмосферные запасы, так и испарения с ледяной шапки на вершине вулкана, покрытой плотным слоем инея.

«Значительный прорыв»

Новое математическое моделирование стало фундаментальным шагом к пониманию не только специфики AMEC, но и марсианской климатологии в целом.

«Наши знания об атмосфере Марса значительно уступают земным данным, поэтому способность созданной модели со столь высокой точностью отразить реальность — колоссальное достижение», — подчеркнул Эрнандес-Берналь.

Успех миссии был бы недостижим без орбитального зонда Mars Express. Комплекс его научной аппаратуры, включающий визуальную мониторинговую камеру, стереосканер высокого разрешения и спектрометр OMEGA, позволил детально задокументировать цикличность формирования и трансформации AMEC. К тому же, это один из редких аппаратов на орбите Марса, способных вести съемку вулкана в дневное время.

«Именно Mars Express открыл это облако, много лет собирал данные о нем, а теперь помог разгадать тайну его генезиса», — резюмировал Колин Уилсон, научный сотрудник миссии, не принимавший участия в текущем исследовании.

Полученные результаты служат отличным напоминанием о том, что при универсальности базовых законов физики атмосферные процессы на разных небесных телах могут кардинально отличаться от земных. Этот факт имеет критическое значение для будущих космических миссий и поиска жизни на далеких экзопланетах.

«Хотя облачные образования на Земле и Марсе подчиняются схожим базовым правилам, для расшифровки феномена этого уникального марсианского облака потребовалась привлечь нетривиальную физику. Вполне вероятно, что с подобными загадками мы столкнемся и в других регионах Вселенной», — подытожил Уилсон.

Источник