Новое моделирование показало, что загадочное вытянутое облако Арсии регулярно появляется в небе Красной планеты благодаря метеорологическому процессу, который ранее никогда не наблюдался

Марсианское облако длиной 1600 километров, которое почти каждый день появляется в небе Красной планеты, а затем быстро исчезает, оказалось ещё более необычным, чем предполагали учёные. Новое моделирование показало, что это загадочное явление можно объяснить лишь с помощью «экзотической физики», существование которой ранее было предсказано теоретически, но которая никогда не наблюдалась ни на Земле, ни где‑либо ещё в Солнечной системе.

Загадочное облачное образование, получившее название «вытянутое облако Арсии» (Arsia Mons Elongated Cloud, AMEC), регулярно появляется над горой Арсия, потухшим вулканом высотой 20 километров, расположенным в регионе Фарсида, немного южнее марсианского экватора. Облако, состоящее из водяного пара, впервые обнаружил в 2018 году орбитальный аппарат Европейского космического агентства Mars Express. С тех пор его наблюдают почти каждое утро на протяжении марсианской весны и лета, когда усиление солнечного излучения вызывает мощные ветры у поверхности планеты. Однако ежедневно облако существует лишь несколько часов, после чего полностью испаряется.

Длина AMEC может достигать даже 1800 километров, что составляет примерно одну двенадцатую окружности Марса. Для сравнения, это приблизительно вдвое больше протяжённости Великобритании или сопоставимо с расстоянием между Нью‑Йорком и Майами [или от Архангельска до Волгограда / прим. перев.].

Хотя гигантские пылевые облака и периодически возникающие «радужные полосы» из углекислого газа на Красной планете не редкость, в её атмосфере практически отсутствует водяной пар. Поэтому пушистые облака, напоминающие земные, образуются там крайне редко, не говоря уже об облаках столь огромных размеров. По этой причине учёные долгое время не могли объяснить это странное погодное явление.

Однако в новом исследовании, опубликованном 7 октября в журнале Nature Geoscience, исследователи использовали данные Mars Express для создания новых компьютерных моделей, чтобы наконец разобраться в природе AMEC. Поначалу команде не удавалось воспроизвести загадочное явление. Но когда учёные отказались от традиционных метеорологических принципов в пользу нестандартного объяснения, моделирование наконец дало результат.

«Чтобы воспроизвести AMEC в нашей модели, нам пришлось включить в неё некоторые экзотические физические процессы. Они описаны в учебниках, но считаются теоретическими и обычно предполагается, что в природе они не происходят, — рассказал в заявлении ведущий автор исследования Хорхе Эрнандес‑Берналь, планетолог из Университета Страны Басков в Испании, который во время проведения исследования работал в Сорбонне в Париже. — Как только мы включили эти физические процессы в моделирование, AMEC возникло именно так, как мы и рассчитывали».

«Совершенно неожиданно»

AMEC представляет собой орографическое облако, то есть облако, которое образуется, когда сильный ветер поднимает водяной пар вверх по склонам возвышенности, например горы, и переносит его через вершину. Подобные облака встречаются и на Земле. К ним относится, в частности, облако «Левантер», которое время от времени возникает над Гибралтарской скалой на юге Европы. Однако марсианский аналог невозможно объяснить теми же процессами, которые происходят на нашей планете.

На Земле облака образуются в результате процесса, называемого гетерогенным зародышеобразованием. При этом влажный воздух охлаждается, а содержащийся в нём водяной пар конденсируется, образуя кристаллы льда вокруг мельчайших атмосферных частиц, таких как пыль, соль, пыльца или сажа. Но хотя в атмосфере Марса достаточно пыли, в данном случае происходит нечто иное.

«Похоже, что для образования AMEC все эти посторонние частицы в воздухе вообще не нужны, — объяснил Эрнандес‑Берналь, изучающий это облако на протяжении последних шести лет. — Водяной пар непосредственно превращается в ледяные частицы облака, минуя промежуточную стадию. Это можно сравнить с ситуацией, когда капли конденсата появляются не на оконном стекле, а прямо посреди комнаты».

Исследователи называют этот процесс «гомогенным зародышеобразованием» и утверждают, что прежде его никогда не наблюдали в атмосфере какой‑либо планеты. «Это совершенно неожиданно», — добавил Эрнандес‑Берналь.

Ранее другие учёные предполагали, что гомогенное зародышеобразование может происходить в верхних слоях атмосферы Земли или в небе Венеры. Однако такая возможность считалась крайне маловероятной, поскольку для этого необходим уровень влажности примерно в 100 тысяч раз выше, чем у поверхности нашей планеты.

Учитывая, что на современном Марсе практически нет воды, может показаться невероятным, что влажность там способна достигать столь высоких значений. Однако данные Mars Express свидетельствуют об обратном.

Когда ветер поднимается по склонам Арсии, высота которой более чем вдвое превышает высоту Эвереста, возникает мощная волна, выбрасывающая воздух в верхние слои атмосферы с огромной скоростью. Исследователи рассчитали, что всего за 10 минут температура этого воздуха может снизиться на 30°С. Это не только облегчает замерзание воды, но и резко повышает влажность внутри волны, благодаря чему, как показало моделирование, становится возможным гомогенное зародышеобразование.

Но откуда берётся вся эта вода? Часть её уже присутствует в атмосфере, однако некоторое количество, вероятно, поступает с вершины Арсии, покрытой толстым слоем инея, предположили исследователи.

«Большой успех»

Новое моделирование стало важным шагом вперёд в понимании природы AMEC и марсианской метеорологии в целом.

«У нас гораздо меньше информации об атмосфере Марса, чем об атмосфере Земли, поэтому способность модели воспроизвести AMEC с такой точностью — большой успех», — отметил Эрнандес‑Берналь.

Получить эти результаты было бы невозможно без орбитального аппарата Mars Express, который с помощью трёх приборов — камеры визуального мониторинга (Visual Monitoring Camera), стереокамеры высокого разрешения (High Resolution Stereo Camera) и прибора OMEGA — позволил проследить, как AMEC ежедневно формируется и изменяется. Кроме того, Mars Express — один из немногих космических аппаратов у Марса, способных наблюдать Арсию в дневное время.

«Mars Express обнаружил AMEC, на протяжении многих лет продолжал наблюдать за ним, а теперь помогает раскрыть тайны его формирования», — заявил научный руководитель проекта Mars Express Колин Уилсон, не участвовавший в новом исследовании.

Это открытие также напоминает о том, что, несмотря на общность основных физических принципов, погодные системы на других планетах ведут себя не так, как на Земле. Это может иметь важные последствия для исследования Солнечной системы и поиска внеземной жизни на далёких экзопланетах.

«Хотя облака на Земле и Марсе, по‑видимому, подчиняются одним и тем же „правилам“, для понимания этого экзотического марсианского облака потребовалась экзотическая физика. И то же самое может оказаться верным для других уголков космоса», — заключил Уилсон.