Пыльные вихри Марса: как «дьяволы» открывают тайны климата Красной планеты
Ученые провели масштабную работу, проанализировав 20 лет снимков с космических аппаратов Европейского космического агентства (ЕКА) «Марс-Экспресс» и «Трейс Гас Орбитер» (TGO) миссии «ЭкзоМарс». Им удалось идентифицировать и отследить 1039 торнадо-подобных вихрей, чтобы понять, как пыль поднимается в воздух и переносится по поверхности Марса.
Их выводы, опубликованные в журнале Science Advances, рисуют гораздо более четкую картину погоды и климата Красной планеты. Оказалось, что самые сильные ветры на Марсе дуют значительно быстрее, чем предполагалось ранее.
Собранные в единый публичный каталог, эти «пыльные дьяволы» знаменуют собой лишь начало исследований. Помимо чистой науки, эта работа крайне полезна для планирования будущих миссий. Например, она поможет разработать меры противодействия назойливой пыли, которая оседает на солнечных панелях марсоходов.
Хотя пыльные вихри наблюдались орбитальными аппаратами и роверами десятилетиями, данное исследование впервые позволило отследить движение такого количества «дьяволов» и выяснить, как именно они путешествуют по марсианской поверхности.
Исследование возглавил Валентин Биккель из Бернского университета (Швейцария). Их каталог стал первым в истории, который включает скорости и направления движения пыльных вихрей по всему Марсу.
Больше данных — точнее картина
Для нового исследования учёные обучили нейросеть распознавать пыльные вихри и проанализировали снимки, сделанные «Марс-Экспрессом» с 2004 года и TGO с 2016 года. В результате был создан каталог из 1039 объектов.
Карта, приложенная к исследованию, показывает местоположение всех вихрей и направление движения для 373 из них. Она подтверждает, что хотя пыльные дьяволы встречаются по всему Марсу, включая его высокие вулканы, многие из них формируются в определенных «регионах-источниках». Например, множество вихрей было зафиксировано в Амазонис Планиция (на карте слева вверху) — обширной равнине, покрытой тонким слоем пыли и песка.
Отслеживая скорость движения вихрей, исследователи зафиксировали скорость ветра до 44 м/с, или 158 км/ч. Это быстрее, чем когда-либо измеряли марсоходы на поверхности. Стоит отметить, что марсианская атмосфера настолько разрежена, что человек даже не заметил бы ветра скоростью 100 км/ч.
Исследователи обнаружили, что в большинстве случаев вихри перемещались по поверхности быстрее, чем предсказывали современные погодные модели Марса. В местах, где скорость ветра выше ожидаемой, с поверхности может подниматься больше пыли, чем предполагалось.
Как и на Земле, на Марсе есть времена года. Каталог также показывает, что пыльные вихри наиболее часты весной и летом в каждом полушарии. Они длятся несколько минут и обычно возникают днём, достигая пика между 11:00 и 14:00 по местному солнечному времени. Это очень похоже на ситуацию на Земле, где пыльные вихри чаще всего образуются в сухих и пыльных регионах поздним утром и ранним днём в летние месяцы.
Точнее прогнозы — безопаснее исследования
Подобное глобальное видение требует огромного количества данных, которые невозможно собрать только с помощью роверов и посадочных модулей. До сих пор наши климатические модели Марса основывались на ограниченных данных с миссий, которые не охватывают большую часть поверхности планеты.
Благодаря этому исследованию у нас теперь есть множество новых измерений со всего Марса, которые помогают уточнить и улучшить модели. Это углубляет наше понимание и прогнозирование ветровых patterns на Красной планете.
«Информация о скорости и направлении ветра также чрезвычайно важна при планировании посадки будущих посадочных модулей и роверов на Марс, — отмечает Валентин. — Наши измерения могут помочь ученым составить представление о ветровых условиях в месте посадки ещё до приземления. Это позволит оценить, сколько пыли может осесть на солнечных панелях ровера и, следовательно, как часто ему потребуется самоочистка».
Мы уже используем информацию о пыли для планирования будущих миссий. Например, посадка марсохода «Розалинд Франклин» миссии «ЭкзоМарс» запланирована на 2030 год именно для того, чтобы избежать сезона глобальных пыльных бурь.
От помех — к открытиям
Валентин подчеркивает, что «каталог следов пыльных вихрей уже является общедоступным, и любой может использовать его в своих исследованиях. Со временем в него добавляются новые записи — «Марс-Экспресс» и TGO продолжают собирать новые изображения каждый день».
«Теперь, когда мы знаем, где пыльные дьяволы обычно возникают, мы можем нацеливать камеры на эти конкретные места и время. Мы также координируем миссии, чтобы снимать одни и те же вихри одновременно, что позволит сравнивать замеры движения и проверять данные».
Что примечательно, «Марс-Экспресс» и TGO изначально не проектировались для измерения скорости ветра на Марсе. Команда Валентина использовала обычно нежелательную особенность данных для отслеживания вихрей.
Снимки с обоих аппаратов создаются путем совмещения изображений с отдельных каналов (каждый канал снимает Марс в определённом цвете или под определённым углом). По задумке, между кадрами есть небольшая задержка. Она не вызывает проблем, если поверхность статична. Однако если что-то движется, например, облака или пыльные вихри, это может вызывать легкие «цветовые смещения» на итоговом изображении. Именно эти смещения и искали исследователи. По словам Валентина, «мы превратили шум в ценные научные измерения».
Это открытие прокладывает путь к принципиально новому методу изучения атмосферы планет. Техника «преобразования шума в данные» может быть применена и к другим миссиям, где незначительные артефакты изображения когда-то считались помехой.
Следующим шагом для команды станет объединение данных орбитальных аппаратов с прямыми наблюдениями марсоходов. Это создаст многомерную картину: от глобальной циркуляции до микропроцессов на поверхности. Понимание того, как локальные вихри влияют на глобальный перенос пыли, является ключом к разгадке одного из главных климатических феноменов Марса — гигантских пыльных бурь, способных охватить всю планету.
Таким образом, скромный «пыльный дьявол», долгое время считавшийся лишь любопытным атмосферным явлением, оказывается в центре исследований, связывающих воедино физику поверхности, динамику атмосферы и будущее роботизированного и, возможно, пилотируемого освоения Марса.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
