Марс — один из наиболее изученных компонентов Солнечной системы, но на планете, соседней Земле, всегда есть новые открытия. На Земле мы можем проводить прямые измерения, чтобы понять метеорологическую активность нашей планеты, но на Марсе ученые вместо этого должны использовать доказательства в ландшафте, чтобы распознать эту информацию. Одной из таких особенностей ландшафта Красной планеты являются барханы в пустынях, песчаные дюны серповидной формы, образованные ветром преимущественно одного направления в районах с ограниченным запасом песка. На такие дюны эолового происхождения существенно влияет атмосферная циркуляция на поверхности планеты. Новое исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, показало, что локализованная топография в масштабах <100 км (например, глубокие ударные кратеры от скалистых или ледяных метеоритов) может отклонять ветры и вызывать изменения в формировании барханных дюн.
Доктор Лиор Рубаненко, доцент Израильского технологического института Технион, и его коллеги использовали машинное обучение, чтобы охарактеризовать характер ветра на Марсе на основе морфологии более чем 700 000 барханных дюн. Эти данные были получены из изображений, сделанных специализированной камерой на Mars Reconnaissance Orbiter — космическом корабле, который вращается вокруг планеты с 2006 года для сбора информации о ее геологии и климате. Компонент машинного обучения был обучен автоматически обрисовывать форму дюн для картирования полей дюн. По этим изображениям ученые определили ориентацию крутой стороны (скользящей поверхности) дюн и их кончиков (называемых рогами), выступающих из краев. Если рога асимметричны и один длиннее другого, это указывает на взаимодействие нескольких направлений ветра.
Исследовательская группа обнаружила отчетливую закономерность, возникающую в миграции дюн в результате летних моделей атмосферной циркуляции: они направлены на север в средних широтах и циклонические (движение против часовой стрелки вокруг центра низкого давления) вблизи северного полюса. Последний также распадается на более мелкую составляющую, испытывающую противоположное антициклоническое направление ветра, что авторы специально связывают с воздействием ветров, движущихся через полярную шапку. На широтах выше 45° с.ш. доктор Рубаненко и его коллеги обнаружили, что модели миграции дюн преимущественно направлены на восток, что соответствует циркуляции циклонических полярных вихрей, тогда как на широтах ниже этой широты, вплоть до -45° с.ш., они направлены на юг. Местные ветровые режимы наиболее сильно влияют на районы, где топографические объекты имеют размер 10–50 км по горизонтали, но оказывают незначительное влияние, когда ориентиры превышают масштабы 100 км, вместо этого на них влияют более крупные планетарные ветровые системы.
Однако одним из ограничений проекта машинного обучения является то, что он не полностью учитывает сложности изменения режимов ветра между днем и ночью и в зависимости от сезона, а вместо этого фокусируется на долгосрочных закономерностях. Он также испытывает трудности в районах со значительными топографическими изменениями, таких как более крупные ударные кратеры Валлес Маринерис, Эллада и Аргир, где дюны разбросаны по большей территории. Эти кратеры действуют как ловушки для песка, поставляя достаточно материала для формирования полей дюн, которые формируются ближе к центру кратерного бассейна, чем глубже они находятся. Миграция внутри кратеров могла быть вызвана более сильными ветрами, дующими со склонов.
Хотя требуется более усовершенствованная технология машинного обучения, предварительные исследования здесь действительно соответствуют реальным данным при тестировании и сопоставляют поверхностные данные о направлении переносимой ветром пыли и песка во время пылевых бурь. Как и на Земле, модели циркуляции планетарного масштаба демонстрируют общую тенденцию движения от полюсов к экватору Марса с нарушениями в средних широтах. Понимание закономерностей циркуляции атмосферы на Марсе важно для поддержки пилотируемых миссий на планету и перспектив ее обитаемости в будущем.
