Исследователи NASA впервые нанесли на карту потоки ветра в верхних слоях атмосферы Марса и обнаружили при этом удивительные вещи. Выяснилось, что, в отличие от Земли, ландшафтные формы, такие как горы или вулканы, влияют на циркуляцию на Марсе до высот более 280 километров. До сих пор неясно, почему влияние марсианской топографии простирается так далеко, но у ученых уже есть некоторые гипотезы.
Космический зонд NASA MAVEN впервые нанес на карту потоки в верхних слоях атмосферы Марса. © NASA/GSFC
Хотя Марс обладает лишь тонкой атмосферой, на планете есть ветер и даже пыльные бури. Несколько посадочных зондов и марсоходов уже исследовали этот аспект марсианской погоды у его поверхности. Но до сих пор в значительной степени оставалось неизвестно, что происходит в термальной атмосфере Марса, атмосферном слое на высоте порядка 120–300 километров. Ибо еще ни один из космических зондов на орбите Марса не смог зафиксировать ее динамику.
Перепрограммированный зонд MAVEN
Но теперь ситуация изменилась - благодаря продуманному «использованию не по назначению». Для изучения атмосферы Марса Мехди Бенна из Центра космических полетов имени Годдарда NASA и его коллеги перепрограммировали одно из измерительных устройств зонда NASA MAVEN. Теперь вместо статического измерения плотности и состава газа, для чего он и был предназначен, спектрометр NGIMS производит в ходе панорамирования быстрые регулярные замеры.
Благодаря такому панорамированию, прибор может одновременно сканировать гораздо большие области атмосферы и, таким образом, регистрировать потоки в термосфере. Кроме того, зонд MAVEN меняет свою орбиту и поэтому регулярно погружается в термальную атмосферу в различных точках. «Благодаря тому, что зонд и прибор сделали то, чего они не должны были делать, мы смогли обеспечить возможность измерение ветра», - говорит Бенна. Работая таким образом с 2016 по 2018 год, MAVEN впервые смог отобразить динамику термосферы.
Влияние ландшафтов простирается до самого верха
Был получен поразительный результат. Как и ожидалось, газы текут по дуге от экватора к полюсам в течение дня, при этом сезоны также имеют типичные схемы потока. Но в отличие от Земли, ветры в термосфере находятся под сильным влиянием марсианской топографии. Даже на высоте более 120 километров каньоны, горы или впадины создают в термальной атмосфере измеримую картину волн. «Мы видим похожие волны и на Земле, но не на таких больших высотах», - говорит Бенна. - «Но для нас оказалось большим сюрпризом, что эти волны могут достигать высоты 280 километров».
Пока что непонятно, почему марсианская атмосфера так чувствительна к топографии. Бенна и его команда подозревают, что здесь играют роль два фактора. Во-первых, перепады высот в марсианском ландшафте гораздо более экстремальные, чем на Земле - например, вулкан Олимпус-Монс имеет высоту 22 километра.
Гравитационные волны до больших высот
С другой стороны, взаимодействие нижней атмосферы с этими ландшафтными формами создает гравитационные волны, также называемые орографическими волнами. Такие стационарные волны плотности встречаются также и на Земле над горами. «Эти гравитационные волны переносят свою энергию и импульс вверх в среднюю и верхнюю атмосферу», - объясняют Бенна и его коллеги. - «Но мы даже представить себе не могли, что они достигнут высот, на которых их зафиксировал MAVEN».
Но поскольку марсианская атмосфера очень тонкая, эти волны, вероятно, могут распространяться там особенно высоко - и, следовательно, также влиять на потоки в термосфере.
