Марс: вызовы для будущих колонистов
Путь к колонизации Марса сопряжен с преодолением суровых испытаний. Эта холодная и безжизненная планета с разреженной атмосферой таит множество опасностей, среди которых особое место занимает пыль. Марс по сути является гигантской пустыней, где постоянные ветра поднимают в воздух мельчайшие частицы грунта. Во время масштабных бурь эта пыль может полностью затмить небо, погружая поверхность в темноту даже в дневное время. Такие явления приводят к резким температурным перепадам, что создает дополнительные сложности для потенциальных поселенцев. Для успешного освоения Красной планеты необходимо досконально изучить механизмы этих пылевых бурь и их влияние на климат.
Пыльная буря на Марсе. Разница между снимками составляет около месяца. 2001 год.
Научные миссии и открытия
Пионером в исследовании влияния марсианской пыли на температуру стала индийская автоматическая межпланетная станция «Мангальян» (Mars Orbiter Mission, MOM). Вышедшая на орбиту в сентябре 2014 года, она была оснащена пятью научными приборами для анализа атмосферы и поверхности. Уже в октябре того же года аппарат зафиксировал формирование небольшой пыльной бури в северном регионе Lunae Planum. В течение недели шторм усилился, сместился к экватору, а затем рассеялся, оставив после себя плотную дымку из взвешенных частиц.
Индийская автоматическая межпланетная миссия Mars Orbiter Mission
Из-за отсутствия дождей, низкой гравитации и тонкой атмосферы пыль на Марсе может оставаться во взвешенном состоянии значительно дольше, чем на Земле. Ученые вели наблюдения за этим феноменом в течение целого года, а в 2018 году опубликовали подробный отчет. В ходе изучения упомянутого шторма было обнаружено, что пыль, достигнув экватора, поднялась восходящими потоками на высоту около 20 километров. Несмотря на то что пылевое облако блокировало солнечный свет, температура в этом слое атмосферы неожиданно повысилась на 10 градусов Цельсия. Этот нагрев произошёл аномально быстро по марсианским меркам.
Пыльная буря на Марсе. 2018 год. Изображение с аппарата «Марс-Экспресс»
Физика пылевых бурь: нагрев и охлаждение
Для ученых сам факт нагрева не стал неожиданностью. Когда в атмосферу поднимается огромное количество пыли, она может оказывать двоякий эффект на климат — как охлаждающий, так и нагревающий. Всё зависит от физических свойств частиц и их взаимодействия с солнечным излучением. Мельчайшие взвешенные частицы, называемые аэрозолями, способны либо отражать солнечный свет обратно в космос (что приводит к охлаждению), либо поглощать его, нагреваясь самим и отдавая тепло окружающей среде. Последний механизм аналогичен парниковому эффекту на Земле.
Обратите внимание: Илон Маск хочет как можно скорее отправиться на Марс со своей космической компанией SpaceX, и предприниматель не скрывает этого.
Влияние аэрозоля на альбедо (отражательную способность) облаков
Чаще всего марсианская пыль обладает высоким альбедо и отражает свет, вызывая охлаждение. Однако если частицы крупные или тёмные, они активно поглощают солнечную энергию, приводя к нагреву. Кроме того, пылевая взвесь может действовать как изолятор, препятствуя утечке тепла с поверхности. Поскольку атмосфера Марса крайне разрежена, классического «эффекта одеяла», как на Земле, там не существует. На конечный результат также влияют высота пылевого слоя и то, находится ли он на дневной или ночной стороне планеты. Суммарный эффект — это сложная комбинация всех этих факторов. Данные с «Мангальяна» наглядно демонстрируют, насколько сложным и многогранным является явление пылевых бурь и как сильно пыль может влиять на марсианский климат.
Пыльная буря на Марсе, художественное представление
Сравнение с Землёй и уникальность Марса
Явления нагрева и охлаждения, вызванные аэрозолями, встречаются и на Земле. Например, пепел от мощного вулканического извержения может вызвать глобальное похолодание, а пыльные бури в Сахаре локально нагревают воздух. Однако на нашей планете такие события почти всегда носят локальный или временный характер. Трудно представить пылевое облако, которое бы на недели или месяцы заполнило всю земную атмосферу. На Марсе же ситуация иная: пылевые бури могут запускать механизм положительной обратной связи. Пыль в атмосфере нагревает её, увеличивая температурный контраст между поверхностью и воздухом, а также между разными регионами планеты.
Марсианский шторм, запечатлённый марсоходом Curiosity. Слева — снимок от 7 июня 2018 года, справа — от 10 июня 2018 года.
Усилившийся перепад давлений провоцирует более сильные ветры, которые, в свою очередь, поднимают ещё больше пыли. Этот цикл может повторяться многократно. Завершается он обычно только тогда, когда плотная пылевая завеса полностью перекрывает доступ солнечному свету к поверхности, что приводит к сильному похолоданию. Но даже после этого пыль ещё долго остаётся в атмосфере, продолжая влиять на погодные условия.
Пыль как ключ к пониманию Марса
Самое удивительное в этой истории то, что Марс уже миллиарды лет остаётся безжизненной пустыней. На нём нет активного круговорота воды и плотной атмосферы, которые бы динамично меняли облик планеты. Главным «двигателем» климатических процессов здесь выступает пыль. Именно она перераспределяет энергию, генерирует ветры и формирует погоду. Поэтому ответы на многие ключевые вопросы науки о Марсе, включая загадки его климата и эволюции, следует искать в изучении поведения этой самой пыли. Понимание этих механизмов станет критически важным для обеспечения безопасности и жизнеспособности будущих марсианских миссий.
Больше интересных статей здесь: Космос.
Источник статьи: Если мы хотим отправиться на Марс, то должны подготовиться к жестоким испытаниям.