Над гігантським марсіанським вулканом Арсія Монс упродовж весни та літа південної півкулі регулярно з’являється дивовижна хмара водяного льоду, довжиною до 1 800 км. Нове моделювання показує, що ця структура може формуватися завдяки фізичному процесу, який досі ніколи не спостерігали в атмосферах планет.
Про незвичайну хмару, відому як подовжена хмара Арсія Монс (Arsia Mons Elongated Cloud, AMEC), та її можливий механізм утворення розповідає матеріал на Sci.News.
Гігантська хмара, що живе один марсіанський день
Арсія Монс — найпівденніший із трьох колосальних щитових вулканів Марса, відомих як гори Тарсіс. Її висота сягає близько 20 км, а хмара AMEC виникає під вітром від вулкана, немов тонка смуга водяного льоду.
Місія Mars Express Європейського космічного агентства вперше зафіксувала цю хмару у 2018 році й відтоді регулярно її спостерігає. AMEC формується, витягується і зникає менше ніж за один марсіанський день, щоденно повторюючи цей цикл протягом кількох місяців.
Планетологи довго вважали, що йдеться про орографічну хмару — тип, добре знайомий на Землі, коли повітря змушене підніматися над горами чи вулканами. Однак комп’ютерні моделі, які використовували стандартні припущення, не могли відтворити спостережувану картину.
Коли стандартна фізика не спрацьовує
Команда дослідників спробувала змоделювати утворення AMEC і зіткнулася з проблемою: звичайні механізми утворення хмар не давали потрібного результату. Тоді вчені додали в модель процеси, що зазвичай вважаються суто теоретичними.
Головний автор роботи Хорхе Ернандес-Берналь (Jorge Hernández-Bernal) із Сорбонни та CNRS пояснив, що для появи AMEC у моделюванні довелося врахувати так звану «екзотичну» фізику, описану в підручниках, але таку, що зазвичай не вважається реальною для планетарних атмосфер.
Коли ці процеси включили в розрахунки, хмара в моделі почала поводитися так само, як у спостереженнях Mars Express: формувалася вранці, стрімко витягувалася на тисячі кілометрів і розвіювалась.
Гомогенна нуклеація: лід без пилу
На Землі хмари зазвичай виникають шляхом гетерогенної нуклеації: водяна пара конденсується на крихітних частинках пилу, солі, сажі чи пилку. Вважалося, що на Марсі ключову роль відіграє пил, який слугує «затравкою» для кристалів льоду.
Однак для AMEC моделювання натякає на інший сценарій. Вода може переходити в крижані частинки без будь-яких твердих «основ», до яких потрібно пристати. Такий процес називають гомогенною нуклеацією.
За словами дослідників, це можна порівняти з тим, ніби краплі конденсату раптово з’являються посеред кімнати, а не осідають на холодному вікні. Водяна пара наче «складатиметься» у кристали льоду просто в об’ємі повітря.
Теоретики припускали, що гомогенна нуклеація може відбуватися у верхніх шарах атмосфери Землі чи Венери, але прямих підтверджень не було. Для цього потрібні надзвичайні умови: екстремальне наднасичення, коли відносна вологість у десятки тисяч разів перевищує звичні земні значення.
Як вулкан Арсія Монс створює екстремальні умови
Чисельні моделі показують, що масив Арсія Монс може забезпечити саме такі умови. Коли потужні вітри налітають на вулкан, його велетенський «бар’єр» породжує сильну хвилю в атмосфері, що піднімає «кишені» вологого повітря на кілька кілометрів угору за лічені хвилини.
У процесі підйому повітря швидко охолоджується — приблизно на 30 °C за близько десять хвилин. Це різко підвищує вологість, і водяна пара стає надзвичайно перенасиченою. За таких умов вона може миттєво замерзати, утворюючи хмару з крижаних частинок без участі пилу чи інших ядър конденсації.
Дослідники зазначають, що раніше на Марсі не фіксували настільки екстремальних параметрів вологості, але їхні результати свідчать: атмосфера планети здатна досягати таких значень при певній комбінації вітру, рельєфу та температур.
Робота команди опублікована в журналі Nature Geoscience і пропонує одне з перших переконливих свідчень того, що гомогенна нуклеація льоду може реально відбуватися в атмосфері планети. Подальші спостереження Марса та інших планет допоможуть з’ясувати, чи є цей дивовижний механізм унікальним для Арсія Монс, чи він зустрічається в космосі частіше, ніж ми думали.