14.10.2025. - Марсианские пылевые вихри нанесли на карту

Марсианские пылевые вихри нанесли на карту

Проанализировав 20-летние снимки, сделанные космическими аппаратами Европейского космического агентства Mars Express и ExoMars Trace Gas Orbiter, ученые отследили 1039 торнадоподобных вихрей, чтобы показать, как пыль поднимается в воздух и разносится по поверхности Марса.

Их выводы, опубликованные в журнале Science Advances, в том числе о том, что самые сильные ветры на Марсе дуют гораздо быстрее, чем мы думали, дают нам гораздо более четкое представление о погоде и климате Красной планеты.

И поскольку эти "пылевые вихри" собраны в единый общедоступный каталог, это исследование - только начало. Помимо чисто научных исследований, оно будет полезно для планирования будущих миссий, например, для учета пыли, которая оседает на солнечных панелях наших роботизированных марсоходов.

Мы десятилетиями наблюдаем пылевые вихри с марсоходов и орбитальных аппаратов. Это исследование является большим шагом вперед, поскольку впервые удалось отследить движение такого количества этих вихрей, чтобы выяснить, как именно они перемещаются по поверхности Марса.

Исследованием руководил Валентин Бикель (Valentin Bickel) из Бернского университета в Швейцарии. Впервые в истории их каталог содержит данные о скоростях и направлениях движения пылевых вихрей по всему Марсу.

"Пылевые вихри делают видимым обычно невидимый ветер", - объясняет Валентин. "Измерив их скорость и направление движения, мы начали составлять карту ветра по всей поверхности Марса. Раньше это было невозможно, потому что у нас не было достаточно данных для проведения такого рода измерений в глобальном масштабе".

Марс - впечатляющая планета, с огромными вулканами и кратерами, похожими на пещеры. Почему мы должны сосредотачиваться на чем-то таком, на первый взгляд, скучном, как пыль?

Пыль может закрывать солнце, поддерживая дневную температуру ниже, и действовать как одеяло, повышая температуру ночью. А частицы пыли могут послужить отправной точкой для образования облаков, в то время как пыльные бури могут даже заставить водяной пар улетучиваться в космос.

В отличие от Земли, где пыль вымывается из воздуха дождем, пыль может оставаться в атмосфере Марса в течение длительного времени, разносясь по всей планете. Поэтому, чтобы лучше понять климат Марса, ученые стремятся понять, когда, где и как пыль поднимается с поверхности в атмосферу.

Больше данных, лучшая картинка.

Для этого нового исследования исследователи обучили нейронную сеть распознавать пылевые вихри, а затем просмотрели снимки, сделанные Mars Express с 2004 года и ExoMars TGO с 2016 года, чтобы составить каталог из 1039 объектов.

Карта, прилагаемая к этому выпуску, показывает местоположение всех 1039 пылевых вихрей и направление движения 373 из них. Это подтверждает, что, хотя пылевые вихри встречаются по всему Марсу, даже на его высоких вулканах, многие из них попадают в атмосферу из определенных "регионов-источников". Например, многие из них были сосредоточены на Амазонской равнине (вверху слева на карте), огромном участке Марса, покрытом тонким слоем пыли и песка.

Проследив за скоростью перемещения пылевых вихрей, исследователи обнаружили, что скорость ветра достигает 44 м/с, или 158 км/ч. Это быстрее, чем мы когда—либо измеряли с помощью наземных марсоходов, хотя стоит отметить, что марсианский воздух настолько разрежен, что человек на Марсе едва ли заметил бы ветер со скоростью 100 км/ч.

Исследователи обнаружили, что в большинстве случаев пылевые вихри разносились по ландшафту быстрее, чем предсказывали наши современные модели погоды на Марсе. В местах, где скорость ветра выше ожидаемой, с земли может подниматься больше пыли, чем мы предполагали.

Как и на Земле, на Марсе есть времена года. В каталоге также подчеркивается, что пылевые вихри чаще всего наблюдаются весной и летом в каждом полушарии. Они длятся несколько минут и обычно происходят днем, достигая максимума примерно между 11:00 и 14:00 по местному солнечному времени.

Это очень похоже на то, что мы наблюдаем на Земле, где пылевые вихри чаще всего наблюдаются в сухих и пыльных местах поздним утром или ранним вечером в летние месяцы.

Более качественная картинка, более безопасное исследование

Для получения такой общей картины требуется много данных, которые не могут быть получены только с помощью марсоходов и спускаемых аппаратов. До сих пор наши модели климата Марса основывались на ограниченных данных, полученных в ходе миссий, которые на самом деле не охватывали большую часть поверхности планеты.

Благодаря этому исследованию у нас теперь есть множество новых результатов измерений по всему Марсу, которые помогают дополнить и уточнить модели. Это улучшает наше понимание и прогнозы характера ветра вокруг красной планеты.

"Информация о скорости и направлении ветра также очень важна при планировании прибытия будущих посадочных аппаратов и марсоходов на Марс", - отмечает Валентин. "Наши измерения могли бы помочь ученым лучше понять условия ветра на посадочной площадке перед приземлением, что помогло бы им оценить, сколько пыли может осесть на солнечных панелях марсохода и, следовательно, как часто они должны самоочищаться".

Мы уже используем информацию о пыли для планирования наших будущих миссий. Наш марсоход ExoMars Rosalind Franklin планирует совершить посадку на Марсе в 2030 году, чтобы избежать приземления во время глобального сезона пылевых бурь на планете.

Валентин подчеркивает, что "этот каталог следов пылевого дьявола уже опубликован, и любой желающий может использовать его для собственных исследований. Со временем добавляются новые записи — Mars Express и ExoMars TGO ежедневно собирают новые изображения".

"Теперь, когда мы знаем, где обычно случаются пылевые вихри, мы можем направить больше изображений именно в эти места и в это время. Мы также координируем миссии по съемке одних и тех же пылевых вихрей в одно и то же время, чтобы иметь возможность сравнивать измерения движения и проверять достоверность данных".

От шума к золоту

Mars Express и ExoMars TGO на самом деле никогда не предназначались для измерения скорости ветра на Марсе. Команда Валентина использовала обычно нежелательную особенность данных для отслеживания пылевых вихрей.

Для обоих космических аппаратов создается единое изображение путем объединения видов с разных каналов (каждый канал показывает Марс либо в определенном цвете, либо с определенного направления, либо и то, и другое). По замыслу, между видами существует небольшая задержка. Эта задержка не вызывает проблем, пока поверхность неподвижна. Однако она может привести к небольшому "смещению цвета" на конечном изображении, когда что-то движется, например облака и пылевые вихри. Эти смещения были именно тем, что искали исследователи — по словам Валентина, "мы превратили шум изображения в ценные научные измерения".

Последовательность изображений, полученных с помощью Mars Express, объединяет до девяти каналов изображений, сделанных с задержкой примерно от 7 до 19 секунд между каждым из них. Во время этих задержек любой пылевой вихрь, пролетающий внизу, перемещается на небольшое расстояние, что позволяет исследователям измерить его скорость. Поскольку в этом исследовании использовались пять отдельных каналов изображения, команда смогла даже увидеть, насколько сильно пылевой вихрь перемещался слева направо, а также как менялась его скорость с течением времени.

Снимки, сделанные с помощью системы цветной и поверхностной стереоизображения ExoMars TGO (CaSSIS), объединяют два вида, сделанные с интервалом в секунду (для цветных изображений) или 46 секунд (для стереоизображений). Хотя мы не видим никакого колебания или ускорения, дополнительная задержка позволяет нам видеть, как пылевые вихри перемещаются гораздо дальше между изображениями.

"Приятно видеть, что исследователи используют Mars Express и ExoMars TGO для совершенно неожиданных исследований", - говорит Колин Уилсон, научный сотрудник проекта ЕКА в обеих миссиях. "Пыль влияет на все на Марсе — от местных погодных условий до того, насколько хорошо мы можем делать снимки с орбиты. Трудно переоценить важность круговорота пыли".

Источник