Каждое утро весной и летом над горой Арсия на Марсе появляется удивительное облако — самое яркое на планете, самое длинное в Солнечной системе. Выяснилось, что и процесс его зарождения — тоже весьма необычный. Статью на эту тему опубликовали в Nature Geoscience ученые из Университета Сорбонна.
За регулярный характер, рекордные размеры и яркость облако удостоилось имени собственного — Arsia Mons Elongated Cloud, AMEC. Возникает оно с подветренной стороны от вулкана Арсия высотой 20 км. В сезон пыльных бурь это атмосферное явление формируется, растет и исчезает ежедневно, вытягиваясь до 1800 км.
AMEC впервые обнаружил «Марс-Экспресс» в 2018 году и с тех пор неоднократно наблюдал его. Это орографическое облако — тип облаков, встречающийся и на Земле, которые образуются, когда ветер огибает изрезанный рельеф вулкана или горы. Однако процесс зарождения AMEC смоделировать не удавалось.
«Чтобы создать AMEC в нашей модели, нам пришлось включить некоторую экзотическую физику... физику, которая хоть и описана в учебниках, но считается теоретической и обычно не рассматривается как происходящая в природе. И уж точно ее никогда не наблюдали в действии. Как только мы ее включили в симуляции — AMEC возник именно так, как мы и ожидали», — говорит физик атмосфер других планет Хорхе Эрнандес-Берналь из Сорбонны, ведущий автор исследования.
Облака образуются, когда влажный воздух охлаждается, и водяной пар конденсируется в капли жидкости или ледяные кристаллы. И на Земле, и на других планетах этот процесс начинается обычно с гетерогенной нуклеации — нарастания льдинок или капелек вокруг частиц пыли, сажи, соли и т. п. На Марсе это чаще пыль.
«В случае с AMEC, похоже, образование облака происходит без необходимости в таких частицах-зародышах. Водяной пар превращается непосредственно в льдинки, минуя промежуточную стадию. Это похоже на капли конденсата, появляющиеся посреди комнаты, а не на окне. Мы называем это гомогенной нуклеацией, и никогда не наблюдали ее в планетарной атмосфере. Довольно неожиданно», — объясняет исследователь.
Предполагается, что этот процесс возможен в верхних слоях атмосферы Земли и Венеры, но он так ни разу и не наблюдался. Вероятная причина — для этого нужны очень уж необычные условия: перенасыщение воздуха влагой в 100 000 раз выше повседневной относительной влажности.
«Мы не наблюдали таких условий на Марсе раньше, но наше открытие убедительно свидетельствует, что влажность там действительно может достигать экстремальных значений», — констатирует Эрнандес-Берналь.
Редкая для облаков физика образования AMEC обусловлена его уникальным положением — на большой высоте в тонкой атмосфере Марса. Когда ветры огибают Арсию, огромная гора порождает мощную волну, которая за считанные минуты поднимает влажные воздушные массы на несколько километров вверх. Это быстро охлаждает атмосферу, вызывая падение температуры на 30 градусов всего за 10 минут и резкий скачок относительной влажности. Водяной пар спонтанно замерзает, напрямую превращаясь в частицы облака.
Хотя некоторые аспекты смоделированного облака не совсем совпадают с наблюдениями, «результат примечателен», резюмирует ученый: «У нас гораздо меньше информации об атмосфере Марса, чем о земной, поэтому воспроизвести AMEC с такой степенью точности — большой успех для модели».