• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
14.06.2023
ФизТех
465

В МФТИ исследовали образование пылевых облаков на Марсе

4.9

Важная особенность марсианской мезосферы — пылевые облака, образующиеся в результате конденсации углекислого газа. Они имеют характерный размер частиц пыли около 100 нанометров и располагаются на высотах около 100 километров. Марсианские пылевые облака напоминают серебристые — на Земле, те, что образуются в мезосфере нашей планеты на высотах около 80 километров. Для изучения этого явления ученые МФТИ разработали математическую модель, описывающую возможный механизм образования облаков и их эволюцию. Согласно модели, формирование облаков обусловлено конденсацией паров пересыщенного углекислого газа на скопления пылевых зародышей в атмосфере Марса, а сдерживает и разрушает этот процесс развитие неустойчивостей на нижней границе облака.

Фотография марсианских облаков, снятых в марте 2021 года аппаратом Mars Science Laboratory Curiosity. Облака расположены на высотах свыше 60 километров и состоят, судя по всему, из частиц сухого льда
Фотография марсианских облаков, снятых в марте 2021 года аппаратом Mars Science Laboratory Curiosity. Облака расположены на высотах свыше 60 километров и состоят, судя по всему, из частиц сухого льда / ©Пресс-служба МФТИ / Автор: Наталья Федосеева

Результаты работы опубликованы в журнале Jetp Letters. Атмосферы нашей и Красной планет различны по составу: в атмосфере Земле доминируют азот и кислород, а на Марсе 95 процентов атмосферы составляет углекислый газ. Как следствие, облака марсианской мезосферы в основном состоят из твердых частиц сухого льда, тогда как пылевые частицы серебристых облаков Земли — это водяные льдинки, на которые приходится всего лишь 0,5 процента массы атмосферного газа. В то же время у атмосфер Земли и Марса немало общего: планеты имеют идентичные качественные профили температуры, можно выделить одинаковые характерные зоны (ионосферу, мезосферу и тому подобное). Такая схожесть дает возможность адаптировать многие земные модели для марсианских условий, что и было сделано авторами исследования.

Базовые уравнения предложенной модели описывают седиментацию (осаждение) пылевых частиц в пересыщенных парах углекислого газа, рост пылинок и их зарядку, а также изменение электронной и ионной компонент ионосферной плазмы с течением времени. Численное решение этих уравнений дает возможность проиллюстрировать формирование слоистой структуры пылевого облака, время осаждения которого составляет несколько минут. Однако оказалось, что первоначальный набор уравнений, являющийся аналогом описания земных серебристых облаков, не учитывает всех нюансов.

«Картина до конца не складывалась, но в итоге мы получили еще один эффект, влияющий на образование облаков и корректирующий модель, — неустойчивость Рэлея — Тейлора. Ее можно наглядно представить себе на примере кофе со сливками, когда на менее плотную жидкость сверху наливают более плотную. Постепенно сливки “пробивают себе дорогу вниз”. Нечто подобное происходит и с облаками: у нас ниже нижней границы облака есть “чистый” газ атмосферы, а выше — в зоне облака — газ, “начиненный пылью”, он более плотный.

В результате и на границе раздела развиваются неустойчивости. Это “обратный” процесс, он разрушает облако. Неустойчивость приводит к тому, что плазменно-пылевые облака могут существовать только при достаточно малых размерах составляющих их пылевых частиц, а также к тому, что существует верхний предел толщины облака», — рассказала об исследовании один из его авторов Юлия Резниченко, ассистент кафедры высшей математики МФТИ.

«При экстремально низких температурах атмосферы Марса углекислый газ ионосферы оказывается сильно пересыщенным. В таких условиях любая частица, попавшая в ионосферу, начинает очень быстро собирать на себя молекулы углекислого газа. Это похоже на эффект заброса соли в перегретую свыше 100 градусов дистиллированную воду — мгновенное испарение. За счет конденсации углекислого газа пылевые зародыши увеличиваются в размерах, набирают массу и “проваливаются” вниз. Поскольку исходное расположение зародышей неодинаково, разные слои пыли поглощают разное количество углекислого газа, что приводит к перемешиванию слоев друг с другом, “сплющиванию” первоначального облака зародышей и образованию тонкой слоистой структуры, что и показано на рисунке слева», — подчеркнула Юлия Резниченко.

Эти графики наглядно иллюстрируют результаты расчетов. Слева — временная эволюция высотного распределения пылевых частиц в марсианских облаках, образовавшихся в результате седиментации пылевого облака зародышей, первоначально составляющего модельный прямоугольный профиль концентраций на высотах 110–120 километров. Справа — зависимость характерного времени развития неустойчивости Рэлея — Тейлора и времени седиментации пылевых частиц от их размеров на высоте 90 километров / ©Пресс-служба МФТИ

На правой картинке сравниваются между собой характерное время развития неустойчивости Рэлея — Тейлора и время седиментации облака для пылинок разных размеров. Видно, что при достаточно больших концентрациях пылевых частиц время развития неустойчивости оказывается больше времени седиментации только для некрупных частиц. Это означает, что образование облака за счет перемешивания пылевых слоев будет эффективнее его разрушения рэлей-тейлоровской неустойчивостью лишь при достаточно малых размерах пылевых частиц, что хорошо согласуется с экспериментальными данными.

Теоретическое моделирование явлений марсианской атмосферы очень важно для дальнейшего изучения планеты, ведь оно дает нам возможность более адекватно интерпретировать новые экспериментальные данные, а наше представление о Марсе строится именно на этом. Так что будем надеяться, что исследование облаков на достигнутом не остановится и впереди нас ждут новые интересные открытия.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
13 июня
Дарья Г.

В центре далекой галактики OJ 287 находятся две черные дыры, одна из которых в сотню раз больше другой. В 2021 году астрономы подтвердили существование пары по изменению яркости объекта. Теперь же ученым удалось доказать, что источником той необычной вспышки была именно малая черная дыра.

Позавчера, 12:22
Алиса Гаджиева

Авторы нового междисциплинарного исследования выяснили, как распределялись ресурсы в сообществе земледельцев и скотоводов одной из альпийских долин семь тысяч лет назад.

13 июня
Александр Березин

Нынешняя версия крупнейшего носителя SpaceX вдвое мощнее «Сатурна-5», самой мощной ракеты прошлого. Однако документ Федерального управления гражданской авиации США показал, что Илон Маск планирует серьезно нарастить разрыв. Попутно у его ракеты значительно увеличится количество двигателей в обеих ступенях, в итоге она станет выше высочайшей пирамиды на земле.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

12 июня
Александр Березин

Глава подразделения NASA по системам исследования Луны объяснила ранее неизвестное публике условие для высадки людей на спутнике Земли в сентябре 2026 года. Скептики оценили это заявление как стремление Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США переложить ответственность за срыв сроков лунной высадки на кого-то еще.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: