Модель GoMars смоделировала 50-летний цикл марсианской пыли

Марс — пыльная планета, где преобладают обширные сухие пустыни, а легкодоступных источников жидкой воды нет. Как и на Земле, пыль поднимается с поверхности Марса ветром и вращающимися воздушными столбами, переносится в атмосфере и осаждается обратно на поверхность. Марсианский пылевой цикл зависит от множества факторов, включая взаимодействие поверхности с атмосферой, сезонные изменения и формирование масштабных пылевых бурь, способных охватить всю планету.

Для успешного посещения или будущего обитания людей на Марсе критически важны точные прогнозы пылевого цикла и крупных бурь. Это позволит инженерам планировать ключевые окна для запуска миссий в оптимальных условиях.

Чтобы решить эту задачу, учёные из Института физики атмосферы Китайской академии наук провели 50-летнее моделирование марсианского пылевого цикла с помощью глобальной открытой модели атмосферы для Марса (GoMars). Эта новая модель способна предсказывать ключевые характеристики пылевого цикла и глобальных пылевых бурь. Результаты работы были опубликованы 13 декабря в журнале Advances in Atmospheric Sciences.

«Марсианский пылевой цикл — это сложная система со значительной суточной, сезонной и межгодовой изменчивостью. Его точное моделирование остаётся ключевой целью и серьёзной проблемой в разработке и улучшении общих циркуляционных моделей Марса, которые будут поддерживать будущие китайские миссии по исследованию планеты», — пояснил аспирант института и первый автор исследования Лю Шуай.

Для проверки модели исследователи сравнили её атмосферные прогнозы с данными из Марсианской климатической базы данных и наблюдениями прибора Mars Climate Sounder. Там, где атмосферные данные для сравнения отсутствовали, прогнозы GoMars сопоставляли с другими доступными моделями. Результаты показали, что GoMars стабильно воспроизводит сезонные и пространственные закономерности пылевого цикла.

Важно, что 50-летняя симуляция успешно уловила изменчивость цикла в разных временных масштабах. Модель также продемонстрировала способность реалистично воспроизводить нерегулярное возникновение глобальных пылевых бурь и процессы эволюции их конкретных типов — две давние проблемы, являющиеся ключевыми приоритетами в международном моделировании марсианской атмосферы.

Например, симуляция предсказала, что пик подъёма пыли «пылевыми дьяволами» (максимальное количество пыли, которое нагретые вихревые столбы могут поднять в атмосферу) происходит между 12:00 и 13:00 по местному времени, что совпадает с измерениями миссии Mars Pathfinder. GoMars также точно определил местоположение интенсивной активности пылевых вихрей в области Амазония, известной как крупнейшая «горячая точка» для этого явления на Марсе.

«Наш следующий шаг будет сосредоточен на повышении разрешения модели при одновременной оптимизации её динамического ядра и физических параметризаций, — сказал соавтор исследования профессор Дун Ли. — Ключевые улучшения будут включать интеграцию более реалистичных данных об источниках пыли и песка на поверхности, уточнение представления физических процессов, связанных с пылью, и расширение модели для симуляции марсианского водного цикла».

ИИ: Это важный шаг в подготовке к пилотируемым миссиям на Марс. Умение предсказывать пылевые бури, способные парализовать работу техники и угрожать здоровью астронавтов, — не просто научная задача, а вопрос безопасности будущих исследователей Красной планеты. Интеграция водного цикла в модель, о которой говорят учёные, сделает её ещё более комплексной и полезной.