Fysikere designer en model af Mars vinter

Et team af forskere fra MIPT og deres tyske og japanske kolleger har designet en numerisk model af den årlige vandcyklus i Mars -atmosfæren. Tidligere har forskerne fokuserede deres forskning på relativt store luftbårne støvpartikler, der fungerer som vandkondensationskerner på Mars. I dette studie, MIPT -teamet udvidede analysen til at omfatte mindre partikler, der er mere undvigende. Som resultat, beregningerne viste sig at være mere nøjagtige og i overensstemmelse med dataene fra Mars -kredsløb. Papiret blev offentliggjort i Journal of Geophysical Research:Planeter .

Alexander Rodin, leder af laboratoriet for anvendt infrarød spektroskopi ved MIPT, kommentarer:"Vores model beskriver 3D-bevægelser fra luftmasserne på Mars, overførsel af sol og infrarød stråling, faseovergange af vand, og mikrofysikken i Mars skyer, som er afgørende for planetens hydrologiske cirkulation. "

Der er ikke meget vand på den røde planet, især i dens sjældne kolde atmosfære. Hvis vi skulle samle alt atmosfærisk vand og sprede det jævnt på planetens overflade, laget ville kun være 20 mikrometer tykt. Selvom vand er til stede på Mars i en så lav koncentration, det har en stor indvirkning på planetens klima. For eksempel, skyer spreder og udsender hændelig infrarød stråling, og is kondenseret på aerosolpartikler fjerner støv fra atmosfæren. Det er derfor, for at få en bedre forståelse af de processer, der finder sted på Mars, det er vigtigt at undersøge måderne, hvorpå vanddamp og ispartikler transporteres og omfordeles mellem de sæsonbetonede polarkapper.

Vand på Mars blev først opdaget så langt tilbage som i 1963. Senere, det blev omhyggeligt undersøgt af en lang række rummissioner:fra Mariner 9 -sonden til ExoMars -banestationen. En af stationerne-Mars Express-har et fransk-belgisk-russisk spektrometer kaldet SPICAM om bord for at undersøge den røde planets atmosfære. Ved hjælp af de indsamlede data, forskerne designede en Mars -atmosfæremodel, der senere blev forbedret og valideret ved numeriske simuleringer.

Imidlertid, beregninger svarer ikke altid til de faktiske observationsdata. Alle numeriske modeller er baseret på forestillingen om kondensering af vand på aerosoler suspenderet i atmosfæren - denne proces ligger til grund for skydannelse. Følgelig, modelleringsresultater afhænger meget af størrelsesfordelingen af ​​aerosolpartikler, hvis natur endnu ikke er helt klar. Denne fordeling anses generelt for kun at have en top. Alligevel, nylige observationer har vist, at to toppe i fordelingen også er mulige i visse Mars -sæsoner. I dette tilfælde, fordelingen kaldes bimodal.

Forskergruppen, ledet af Alexander Rodin og Paul Hartogh, designet en model af den røde planets hydrologiske cyklus baseret på en bimodal størrelsesfordeling af aerosolpartikler. At gøre det, forskerne brugte en generel cirkulationsmodel af den Mars -atmosfære, der blev udviklet på Max Planck Institute, som er kendt som MAOAM, kort for Mars -atmosfæreobservation og modellering. Den pålidelige 3D-simulering af atmosfærisk cirkulation hjalp teamet med at opbygge en teoretisk model, der gav en kvalitativ forklaring på vandets faseovergange, såvel som dens overførsel i atmosfæren.

Forskerne opdagede, at vandkoncentrationen når sit højeste på Nordpolen, når den nordlige halvkugle oplever sommer. Når vinteren nærmer sig, tætheden af ​​luftbårne damppartikler falder gradvist, hvilket kan betyde, at vand kondenserer og falder på planetens overflade som nedbør. Beregningsresultaterne er næsten identiske med SPICAM -kortet, med mindre forskelle i perioder, hvor atmosfærisk vandkoncentration topper.

I øvrigt, forskerne brugte den samme metode til at beregne tætheden og atmosfærisk fordeling af skyer dannet af mikroskopiske iskrystaller. Det viste sig, at en stor del af isen var placeret over ækvator på præcis det tidspunkt, hvor vanddampens tæthed nåede sit maksimum på Nordpolen - det vil sige i den nordlige sommer.

Forskerne påpeger, at de resultater, der opnås ved hjælp af den bimodale tilgang, adskiller sig fra de beregninger, hvor størrelsesfordelingen af ​​partiklerne kun havde en top. Den bimodale modellering viste sig at være mere præcis og i overensstemmelse med de eksperimentelle data. Dermed, for eksempel, monomodale beregninger sænker isskyernes højde og afviger fra resultaterne af observationer i løbet af sæsonerne, når vanddampens densitet når sit maksimum.

Tilbage i 2014, MIPT -forskere undersøgte fordelingen af ​​vanddamp i den røde planets atmosfære ved hjælp af data indsamlet af SPICAM -spektrometeret. I særdeleshed, de observerede, at dampkoncentrationer varierede i løbet af året. Senere, forskerne lancerede et websted dedikeret til Mars -atmosfæreforskning.