Ученые недавно получили уникальные данные о суровых зимних условиях над северным полюсом Марса. Внутри полярного вихря планеты температура резко падает — становится значительно холоднее, чем за его пределами, а долгая марсианская зима с её непрерывной темнотой приводит к значительному увеличению уровня озона в атмосфере.
«Атмосфера внутри полярного вихря, от поверхности до высоты около 30 километров, отличается экстремально низкими температурами, примерно на 40 градусов Цельсия холоднее, чем за пределами вихря», — пояснил доктор Кевин Олсен из Оксфордского университета, представивший эти результаты на Объединенной встрече EPSC-DPS2025 в Хельсинки.
При таких чрезвычайно низких температурах незначительное количество водяного пара в марсианской атмосфере замерзает и оседает на полярной ледяной шапке. Это явление оказывает заметное влияние на уровень озона. Обычно озон разрушается, вступая в реакции с молекулами, образующимися при распаде водяного пара под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Однако когда водяной пар полностью вымерзает, эти реакции прекращаются. Озон, не имея ничего, что могло бы его разрушить, начинает накапливаться внутри вихря.
«Озон — очень важный газ на Марсе. Это высокореактивная форма кислорода, которая позволяет нам судить о скорости химических процессов в атмосфере, — отметил доктор Олсен. — Изучая количество озона и его изменчивость, мы получаем больше информации о том, как менялась атмосфера Марса с течением времени, и даже о том, существовал ли на планете некогда защитный озоновый слой, подобный земному».
Запланированный к запуску в 2028 году марсоход ExoMars Rosalind Franklin Европейского космического агентства будет искать следы древней жизни на Марсе. Если когда-то на планете существовал озоновый слой, защищавший её поверхность от ультрафиолетового излучения, этот барьер мог сделать Марс гораздо более пригодным для жизни миллиарды лет назад.
Полярный вихрь Марса формируется как часть его сезонного цикла, что обусловлено наклоном оси вращения планеты в 25,2 градуса. Подобно Земле, Красная планета переживает сезонные изменения, и с окончанием северного лета над полюсом образуется закрученный вихрь, который сохраняется до весны.
На Земле полярный вихрь иногда может дестабилизироваться и смещаться к югу, принося холодный воздух в более низкие широты. Аналогичный процесс наблюдается и на Марсе, предоставляя исследователям ценные возможности для изучения внутренней структуры вихря.
«Поскольку зимы на северном полюсе Марса, как и на Земле, проходят в полной темноте, их очень трудно изучать, — говорит Олсен. — Благодаря возможности измерять вихрь и определять, находятся ли наши наблюдения внутри или вне темного вихря, мы можем по-настоящему понять, что там происходит».
Доктор Олсен использует данные с орбитального аппарата ExoMars Trace Gas Orbiter Европейского космического агентства. В частности, прибор ACS (Atmospheric Chemistry Suite) этого аппарата изучает марсианскую атмосферу, наблюдая за лимбом Красной планеты, когда Солнце находится по другую сторону и его свет проходит сквозь атмосферу. Длины волн, на которых поглощается солнечный свет, позволяют определить, какие молекулы присутствуют в атмосфере и на какой высоте они находятся.
Однако этот метод становится неэффективным во время полной темноты марсианской зимы, когда Солнце не поднимается над северным полюсом. Единственная возможность заглянуть внутрь вихря возникает, когда он теряет свою круглую форму, но для точного определения момента и места этого явления требуются дополнительные данные.
Для решения этой задачи Олсен обратился к прибору Mars Climate Sounder на борту зонда Mars Reconnaissance Orbiter НАСА, который позволяет измерять размеры вихря по температурным данным.
«Мы искали резкое падение температуры — верный признак нахождения внутри вихря, — рассказал Олсен. — Сравнение данных ACS с результатами Mars Climate Sounder демонстрирует явные различия в атмосфере внутри вихря по сравнению с внешней средой. Это уникальная возможность узнать больше о химии марсианской атмосферы и о том, как меняются условия во время полярной ночи, способствуя накоплению озона».
