Изображение CaSSIS ясной, слегка голубоватой области из-за инея в вулканическом кратере (кальдере) горы Олимп. Авторы и права: ESA/TGO/CaSSIS, Fourni par l'auteur
Образование водяного инея распространено на Земле, особенно зимой, когда атмосферный водяной пар конденсируется и замерзает на поверхности. На Марсе атмосфера примерно в 100 раз менее плотная, чем на Земле, но она тоже содержит водяной пар. Однако атмосфера на Марсе содержит в 10 000 раз меньше водяного пара, чем на нашей планете, поэтому обледенение менее вероятно.
Обмен воды между поверхностью и атмосферой Марса в настоящее время недостаточно изучен. Образование инея могло бы не только помочь нам понять круговорот воды, но и определить ключевые ресурсы для потенциальных будущих исследований человека. Вода необходима для жизни и может также использоваться в качестве ракетного топлива.
Путешествие на вершину вулканов Марса
Наше новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Geoscience, сообщает о существовании крупных отложений временного утреннего инея на вершинах вулканов в регионе Марса под названием Тарсис, который включает вулканы Олимп, Арсия и Аскрей-Монтес, а также Церауниус-Толус. Они были обнаружены посредством анализа цветных изображений высокого разрешения, полученных с помощью зонда Exomas Trace Gas Orbiter (TGO) (ESA) Европейского космического агентства. Это открытие было подтверждено независимыми наблюдениями, проведенными зондом Mars Express ЕКА и спектрометром NOMAD на борту TGO.
Численное моделирование климата Марса показывает, что температура поверхности вулканов совместима с существованием замерзшей воды. Фактически, результаты показывают, что отложения утренних заморозков коррелируют с самыми холодными марсианскими сезонами (да, на Марсе есть сезоны, как и на Земле). Однако на марсианских пиках температура намного ниже и колеблется от -130°C до -30°C. Более того, вулканы на экваторе планеты сильно подвержены воздействию солнечной энергии, что объясняет быстрое исчезновение инея по утрам.
Все началось с наблюдения камерой CaSSIS более светлых, слегка голубоватых участков на вершинах марсианских вулканов. После нескольких месяцев исследований эти неожиданные светлые области, по-видимому, присутствуют только при утренних наблюдениях и в холодное время года на Марсе. Камера HRSC смогла подтвердить эти наблюдения, но оставалось найти причину этого явления.
На Олимпе Монсе, самом высоком вулкане не только на Марсе, но и во всей Солнечной системе, был обнаружен иней. Фото: ESA/DLR/FU Berlin, Fourni par l'auteur.
На Марсе есть два типа летучих соединений: вода (H20) и углекислый газ (CO2). Эти два соединения могут легко менять фазу между газом и твердым телом в марсианских условиях. К сожалению, в твердой форме они оба кажутся белыми или яркими в видимом диапазоне света (также наблюдаемом нашими глазами) прибора CaSSIS. Поэтому отличить их по простому изображению сложно. Поэтому нам пришлось провести настоящее исследование этих слегка голубоватых областей. Нам удалось установить два основных типа аргументов: один основан на спектроскопии, а другой — на численном моделировании микроклимата марсианских вулканов.
Благодаря разложению цветов или длин волн света, исходящего от поверхности, можно отличить H2O и CO2. Это метод спектроскопии, реализованный на приборе NOMAD. Мы попытались идентифицировать эти два соединения путем измерений, проведенных в экстремальных условиях, рано утром, при слабом солнечном свете. Поскольку прибор оптимизирован для непосредственного наблюдения за Солнцем, эти наблюдения трудно и нелегко прочитать. Результаты не показывают признаков CO2 и возможных следов воды.
Однако если CO2 присутствует в тонком слое, мы не ожидаем увидеть никаких спектральных признаков. Таким образом, этот аргумент не является окончательным. Затем бельгийские члены команды провели численное моделирование микроклимата вулканов на Марсе. Это тот же тип инструмента, который используется для прогнозирования погоды на Земле, но здесь он был адаптирован для Марса. Моделирование пришло к выводу, что на момент получения изображений, содержащих светлые зоны, условия были подходящими для конденсации воды, но не CO2. Таким образом, эти два доказательства в совокупности подтверждают гипотезу обледенения воды.
Тонкий слой инея
Используя информацию имеющихся приборов, нам удалось оценить толщину этого слоя инея. Он очень тонкий, всего 10 микрометров (1/100 миллиметра). Такое количество инея определяется количеством водяного пара, доступного в атмосфере планеты, которое составляет всего 1/10 000 от количества на Земле.
Поскольку конденсация должна начаться за несколько часов до восхода солнца, атмосферная циркуляция позволила воде накопиться из окружающей атмосферы. Учитывая площадь поверхности, покрытую инеем, общее количество воды составляет порядка 60 бассейнов олимпийского размера. Если бы ее удалось собрать, это могло бы покрыть потребности астронавтов в воде на несколько лет, но в масштабах планеты Марс это количество остается очень небольшим. Количество воды, доступной на Марсе, в основном в виде льда на полюсах, оценивается в 1 триллион плавательных бассейнов олимпийских размеров. Имейте в виду, что воды на Земле примерно в 100 раз больше, чем на Марсе.
Это открытие льда на самых высоких вершинах Солнечной системы позволит нам уточнить наше понимание текущего круговорота воды на Марсе. Таким образом, можно будет лучше предсказать погоду на Марсе с целью будущих исследований, а также лучше понять климат Марса в прошлом и его потенциал для обитания.
Информация от: Разговором
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
