Одно из самых необычных облаков Марса может возникать благодаря необычному физическому процессу. Удлинённое облако Арсия-Монс тянется на расстояние, равное длине четырёх Больших каньонов, расположенных друг за другом. Как сообщают исследователи в статье, опубликованной 7 октября в журнале Nature Geoscience, облако может формироваться без частиц, которые обычно служат основой для образования облаков. Такой процесс называется гомогенным зародышеобразованием. Ранее его считали возможным теоретически, но не происходящим в природе.
На Земле обычные облака зарождаются вокруг крошечных частиц пыли или соли, взвешенных в воздухе. Однако, похоже, эта физика не объясняет появление Удлинённого облака Арсия-Монс. Помимо впечатляющей длины, оно примечательно постоянством: в течение нескольких месяцев каждого марсианского года облако ежедневно появляется в одном и том же месте, примерно на высоте 45 километров над склоном вулкана.
«Мы снова и снова пытались воспроизвести образование облака — в том числе его длинный хвост и регулярную повторяемость, — но модели со стандартной физикой облаков не справлялись», — говорит астрофизик Франсуа Форже из Лаборатории динамической метеорологии (LMD) в Париже.
На Марсе много пыли. Проблема в том, что в разреженной атмосфере на большой высоте лишь немногие частицы пыли, способные участвовать в образовании облаков, остаются во взвешенном состоянии. Вероятно, они слипаются и в итоге оседают, говорит планетолог Хорхе Эрнандес-Берналь, проводивший исследование в LMD. По его словам, поэтому наиболее убедительным объяснением остаётся образование облака без частиц-зародышей.
Как моделировали марсианское облако
В некоторые сезоны на Марсе длинное тонкое облако ежедневно возникает на склонах вулкана Арсия-Монс. На видео наблюдений показано его движение в течение трёх марсианских часов. Причина появления облака долго оставалась загадкой. Новая модель впервые воспроизвела его форму и время возникновения, включив необычный процесс — образование облаков без исходных частиц.
Согласно модели исследовательской группы, заметный шлейф появляется, когда поток воздуха над вулканом вызывает быстрое восходящее движение влажного объёма воздуха. На этой высоте давление падает, воздух расширяется и быстро охлаждается.
Как предполагает модель, после охлаждения в воздухе оказывается в 100 000 раз больше влаги, чем он способен удержать. Избыток влаги подвергается гомогенному зародышеобразованию: быстро формируются устойчивые кристаллы льда. Ветер разносит возникающее облако, придавая ему характерную вытянутую форму.
Модель не полностью совпадает со спутниковыми наблюдениями, но воспроизводит ежедневное повторение процесса, который создаёт карман холодного воздуха, как это происходит и с настоящим облаком.
Исследование удивило атмосферного и планетного учёного Сэмюэла Этвуда из Университета Мэриленда в округе Балтимор и Центра космических полётов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд, не участвовавшего в работе. «В нашей области гомогенное зародышеобразование обычно рассматривают как теоретическую концепцию», — говорит он.
«Модель предлагает довольно убедительное объяснение, но это лишь один взгляд на происходящее», — добавляет Этвуд. По его словам, дополнительные измерения, подтверждающие выводы исследовательской группы, позволят быть увереннее. Эрнандес-Берналь говорит, что планирует проверить результаты, изучив альтернативные объяснения.
Работа важна не только для изучения Марса. Предыдущие исследования показывали, что на Земле частицы космической пыли могут способствовать образованию облаков в верхнем слое атмосферы — мезосфере. Однако некоторые работы допускали, что там может происходить и гомогенное зародышеобразование. Теперь, когда учёные предполагают, что этот процесс идёт на Марсе, говорит Эрнандес-Берналь, «возможно, интерес к его изучению на Земле возрастёт».