Редкое проникновение в зимние условия северного полярного вихря Марса показало, что температуры внутри вихря намного ниже, чем снаружи, и что постоянная темнота, которую приносит зима на Северный полюс Марса, способствует увеличению озона в атмосфере.
«Атмосфера внутри полярного вихря, от поверхности примерно до 30 километров в высоту, характеризуется экстремально низкими температурами — примерно на 40 °C холоднее, чем за пределами вихря», — сказал доктор Кевин Олсен из Оксфордского университета, представивший результаты на совместном заседании EPSC-DPS 2025 в Хельсинки на прошлой неделе.
При таких низких температурах имеющийся в атмосфере водяной пар замерзает и оседает на ледяной шапке, но это приводит к последствиям для озона в вихре. Обычно озон разрушается, вступая в реакцию с молекулами, которые образуются, когда ультрафиолетовое солнечное излучение разрушает водяной пар. Однако, когда весь водяной пар исчезает, озону не с чем реагировать. Вместо этого озон накапливается внутри вихря.
«Озон — это очень важный газ на Марсе — это очень реактивная форма кислорода, которая показывает нам, насколько быстро происходят химические процессы в атмосфере», — сказал Олсен. «Понимая, сколько озона существует и насколько он изменчив, мы узнаём больше о том, как атмосфера менялась со временем, и даже о том, был ли когда-то на Марсе защитный озоновый слой, как на Земле».
Европейский марсоход ExoMars Rosalind Franklin, запуск которого запланирован на 2028 год, будет искать доказательства существования прошлой жизни на Марсе. Возможность того, что на Марсе когда-то был озоновый слой, защищающий поверхность планеты от смертоносного притока ультрафиолетового излучения из космоса, существенно повысит шансы на то, что жизнь могла существовать на Марсе миллиарды лет назад.
Полярный вихрь является следствием смены сезонов на Марсе, которая происходит из-за того, что ось красной планеты наклонена под углом 25,2 градуса. Как и на Земле, в конце северного лета над Северным полюсом Марса формируется атмосферный вихрь, который сохраняется до весны.
На Земле полярный вихрь иногда может становиться нестабильным, терять свою форму и опускаться на юг, принося более холодную погоду в средние широты. То же самое может происходить и с полярным вихрем на Марсе, и это даёт возможность исследовать его внутреннюю часть.
«Поскольку зимы на Северном полюсе Марса характеризуются полной темнотой, как и на Земле, их очень сложно изучать», — говорит Олсен. «Имея возможность измерить вихрь и определить, находятся ли наши наблюдения внутри или вне тёмного вихря, мы можем реально понять, что происходит».
Олсен работает с аппаратом ExoMars Trace Gas Orbiter Европейского космического агентства, который находится на орбите Марса. В частности, комплекс приборов Atmospheric Chemistry Suite (ACS) космического аппарата изучает атмосферу Марса, наблюдая за лимбом Красной планеты, когда солнце находится на другой стороне планеты и светит через атмосферу. Длины волн, на которых поглощается солнечный свет, показывают, какие молекулы присутствуют в атмосфере и на какой высоте над поверхностью они находятся.
Однако этот метод не работает во время полной темноты марсианской зимы, когда солнце не поднимается над Северным полюсом. Единственная возможность заглянуть внутрь вихря появляется, когда он теряет свою круглую форму, но чтобы точно знать, когда и где это происходит, нужны дополнительные данные.
Для этого Олсен использовал прибор Mars Climate Sounder на орбитальном аппарате NASA Mars Reconnaissance Orbiter для измерения размеров вихря с помощью температурных измерений.
«Мы искали внезапное падение температуры — верный признак нахождения внутри вихря», — сказал Олсен. «Сравнение наблюдений ACS с результатами Mars Climate Sounder показывает явные различия в атмосфере внутри вихря по сравнению с атмосферой снаружи».
«Это прекрасная возможность узнать больше о химии атмосферы Марса и о том, как условия меняются во время полярной ночи, позволяя озону накапливаться».