В отличие от Земли, средняя атмосфера Марса, по-видимому, движима гравитационными волнами

Тепловое воздействие пылевых бурь на Марсе является значительным и, как полагают, играет ту же роль, что и водяной пар в атмосфере Земли. Автор: NASA CC0

Новое исследование, проведенное учеными, в том числе из Токийского университета, показало, что атмосферные гравитационные волны играют решающую роль в формировании широтных воздушных потоков на Марсе, особенно на больших высотах.

Работа опубликована в журнале Geophysical Research Planets.

Результаты, основанные на долгосрочных атмосферных данных, предлагают свежий взгляд на поведение средней атмосферы Марса, подчеркивая фундаментальные отличия от земной. В исследовании применялись методы, разработанные для изучения атмосферы Земли, чтобы количественно оценить влияние гравитационных волн на планетарную циркуляцию Марса.

«На Земле крупномасштабные атмосферные волны, вызванные вращением планеты, известные как волны Россби, оказывают основное влияние на циркуляцию воздуха в стратосфере или нижней части средней атмосферы. Но наше исследование показывает, что на Марсе гравитационные волны (ГВ) оказывают доминирующее влияние на средние и высокие широты средней атмосферы», — сказал профессор Каору Сато с кафедры наук о Земле и планетах.

«Волны Россби — это крупномасштабные атмосферные волны, или разрешенные волны, тогда как гравитационные волны — это неразрешенные волны, то есть они слишком малы для непосредственного измерения или моделирования и должны оцениваться более косвенными способами».

Не путать с гравитационными волнами от массивных звездных тел, гравитационные волны — это атмосферное явление, когда пакет воздуха поднимается и опускается из-за изменений плавучести. Это колебательное движение и есть то, что порождает гравитационные волны.

Из-за их мелкомасштабной природы и ограничений наблюдательных данных исследователям ранее было сложно количественно оценить их значимость в марсианской атмосфере. Поэтому Сато и ее команда обратились к набору данных Ensemble Mars Atmosphere Reanalysis System (EMARS), созданному в результате ряда космических наблюдений за многие годы, чтобы проанализировать сезонные изменения там.

«Мы обнаружили нечто интересное: гравитационные волны способствуют быстрой вертикальной передаче углового момента, существенно влияя на меридиональную, или направленную с севера на юг, циркуляцию в средней атмосфере Марса», — сказал аспирант Анзу Асуми.

«Это интересно, потому что это больше напоминает поведение, наблюдаемое в мезосфере Земли, чем в нашей стратосфере. Это говорит о том, что существующие модели атмосферной циркуляции Марса, возможно, нуждаются в уточнении, чтобы лучше учитывать эти волновые эффекты, потенциально улучшая будущее моделирование климата и погоды».

Исследование также подчеркивает важность планетарных сравнений в атмосферной науке. Сходство Марса с Землей с точки зрения скорости вращения и наклона оси делает его идеальным тестовым примером для изучения планетарных погодных систем.

В то же время, его отличительные характеристики, такие как тонкая атмосфера, богатая углекислым газом, и выраженные сезонные изменения, дают представление об инопланетных атмосферах. Анализируя эти различия, исследователи могут улучшить свое понимание фундаментальной динамики атмосферы, что в конечном итоге может способствовать улучшению климатических моделей и для Земли.

«В перспективе мы планируем исследовать влияние марсианских пылевых бурь на циркуляцию атмосферы. До сих пор наш анализ был сосредоточен на годах без крупных пылевых бурь», — сказал Сато.

«Однако эти штормы кардинально изменяют атмосферные условия, и мы подозреваем, что они могут усилить роль гравитационных волн в циркуляции. Наши исследования закладывают основу для прогнозирования марсианской погоды, что получит важное значение для обеспечения успеха будущих миссий на Марс».

Будущие исследования будут изучать, как эти штормы приводят к значительным изменениям в глобальных атмосферных моделях. Благодаря этим достижениям перспектива точного прогнозирования атмосферных условий на Марсе становится на один шаг ближе к реальности.

Больше информации: Climatology of the Residual Mean Circulation of the Martian Atmosphere and Contributions of Resolved and Unresolved Waves Based on a Reanalysis Dataset, Journal of Geophysical Research Planets (2025). DOI: 10.1029/2023JE008137

Источник: University of Tokyo