Марс — это пыльная планета, на которой преобладают обширные сухие пустыни, и нет легкодоступных источников жидкой воды. Как и на Земле, пыль поднимается с поверхности Марса ветром и вращающимися воздушными столбами, переносится по атмосфере и оседает обратно на поверхность планеты в виде осадков.
Цикл марсианской пыли регулируется множеством факторов, включая взаимодействие между поверхностью планеты и атмосферой, сезонные изменения и формирование массивных пыльных бурь, которые могут охватить весь глобус.
Для успешного посещения Марса или его колонизации в будущем
Точное прогнозирование цикла марсианской пыли и крупномасштабных пыльных бурь имеет решающее значение — это позволит инженерам планировать запуск критически важных миссий в оптимальные условия.
Для решения этой задачи группа учёных из Института физики атмосферы (IAP) Китайской академии наук недавно провела 50-летнее моделирование цикла марсианской пыли с помощью Глобальной открытой планетарной атмосферной модели для Марса (GoMars).
Эта новая модель может предсказывать ключевые характеристики цикла марсианской пыли и глобальных пыльных бурь. Результаты исследования были опубликованы 13 декабря в журнале Advances in Atmospheric Sciences.
Результаты моделирования
Лю Шуай, кандидат наук в IAP и первый автор исследования, отметил: «Марсианский пыльный цикл — это сложная система со значительной суточной, сезонной и межгодовой изменчивостью. Точное моделирование этого цикла остаётся основной целью и серьёзной задачей в разработке и усовершенствовании моделей общей циркуляции Марса (MGCM), которые будут поддерживать будущие миссии Китая по исследованию Марса».
Чтобы проверить достоверность своего моделирования цикла пыли, исследователи сравнили атмосферные прогнозы модели с данными из Марсианской климатической базы данных (MCD) и наблюдениями с помощью прибора Mars Climate Sounder (MCS). Для периодов времени, когда атмосферные данные были недоступны для сравнения, прогнозы GoMars сравнивались с другими доступными MGCM (например, MarsWRF). Результаты показали, что GoMars последовательно воспроизводит сезонные и пространственные закономерности цикла пыли.
Примечательно, что 50-летнее моделирование успешно уловило многомасштабную изменчивость марсианского цикла пыли. Оно также продемонстрировало способность модели последовательно и реалистично воспроизводить нерегулярное возникновение глобальных пыльных бурь (как это наблюдалось) и эволюционные процессы определённых типов глобальных пыльных бурь — две давние проблемы и ключевые приоритеты в международном моделировании марсианской атмосферы.
Например, моделирование предсказало, что пик подъёма пылевых вихрей (DDL) — максимальное количество пыли, которое может поднять с поверхности Марса в атмосферу нагретый, закрученный воздушный столб, — приходится на период с 12:00 до 13:00 по местному времени, что соответствует измерениям, полученным в ходе миссии Mars Pathfinder.
GoMars также точно определил местоположение интенсивной активности пылевых вихрей в Амазонисе — регионе, известном как основная точка активности пылевых вихрей на Марсе.
Однако текущая версия MGCM GoMars ещё не идеальна, и команда определила области для улучшения моделирования цикла пыли.
Профессор Донг Ли, соавтор исследования, сказал: «Наш следующий шаг будет сосредоточен на повышении разрешения модели при одновременной оптимизации её динамического ядра и физических параметризаций. Ключевые улучшения будут включать интеграцию более реалистичных данных о поверхностной пыли и источниках песка, уточнение представления физических процессов, связанных с пылью, и расширение модели для имитации марсианского водного цикла».