Поверхность Марса — огромная холодная и местами заснеженная пустыня. Особенно заметно это на полюсах, самых холодных регионах планеты. Как и на Земле, на Марсе меняются времена года, хотя, конечно, и не так, как на Земле. Для того, чтобы составить реальную объективную картину смены времен года/погодных условий на Марсе, группа исследователей из Берлинского технического университета во главе с Хайфэн Сяо изучает количество и интенсивность снегопадов на северном полюсе Марса в течение календарного года.
Да, на Красной планете действительно выпадает снег — как углекислотный, т. е. «сухой лед», так и обычный — из кристалликов замерзшей воды. Недавние исследования показали, что снега зимой на планете выпадает больше, чем весной. Хотя до этого момента считалось, что наоборот. Есть и другие интересные нюансы погодных флуктуаций — и подробности об этом можно узнать ниже.
Процесс образования снега на Марсе так же принципиально отличается от процесса замерзания воды на Земле. Понять это помогла расшифровка состава снега. Её результаты объясняют, почему осадки могут выпасть в тех регионах, где условия, казалось бы, делают этот процесс невозможным. Например, на Земле снегопад возможен только когда в атмосфере присутствует вода. Именно поэтому в арктических регионах нашей планеты с крайне низкой влажностью практически не выпадает снег.
На Марсе же снежинки образовываются не в результате процесса кристаллизации воды, а чаще всего благодаря углекислому газу, которого очень много в атмосфере планеты — 95,3 %.
Из-за очень низких температур (до -123 градусов Цельсия) CO2 кристаллизуется и плотным слоем опускается на поверхность Марса. А когда становится теплее, замороженный углекислый газ сублимируется, минуя жидкую фазу. Во время сублимации снег образовывает фантастические узоры — от паутинообразных рисунков до разбросанных в хаотичном порядке точек.
Структура и геометрия снежинок из углекислого газа также отличаются от снежинок, которые мы привыкли видеть. Сильвен Пике, учёный из Лаборатории Реактивного движения в NASA, отметил, что ширина снежинок на Марсе меньше, чем толщина человеческого волоса. Они очень мелкие, поэтому марсианский снегопад похож на туман, спускающийся с неба.
Если посмотреть на марсианскую снежинку под микроскопом, можно увидеть, что у неё кубическая форма, а не шестиугольная, как на Земле. «Мы предлагаем новый метод изучения "ледяных шапок" для определения их глубины во время каждого сезона в полярных широтах», — говорится в опубликованной учёными статье.
Есть и другие явления на Красной планете, которые влияют на процессы снегообразования. Например, катабатические ветры, которые дуют и на Земле. На нашей планете так называют плотные и холодные воздушные потоки, направленные вниз по склонам земной поверхности, а также нисходящие струи холодного воздуха в кучево-дождевых облаках.
На Красной планете катабатические ветры возникают из-за опускания холодного воздуха на поверхность Марса. На Марсе катабатические ветры действуют на большей площади из-за тонкой и разряженной атмосферы. В результате формируются образования из льда и снега до 10 км шириной.
Тает снег на Марсе тоже не так, как на Земле. Когда солнечное тепло в течение лета накапливается в реголите под слоем снега и льда, снег исчезает к осени. Разница этого явления с земным в том, что на Марсе снег и лёд расположены над источником тепла, а не под ним.
Хайфэна Сяо и его команда проанализировали общий объём и состояние снегов на Северном полюсе Красной планеты, чтобы сравнить свои результаты с результатами, полученными прибором MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter), орбитального аппарата NASA. При помощи снимков высокого разрешения камеры HiRISE были проверены глубина сезонных снежных покровов и интенсивность теней, отбрасываемых ледяными глыбами в слоистых отложениях Северного полюса. При изменении температуры в течение марсианского года показатели мощности слоёв снега и льда будут изменяться, как и его отбрасываемые тени.
Учёные проверили глубину сезонных отложений снега, измерив тени, отбрасываемые ледяными глыбами в слоистых отложениях северного полюса Марса, которые видны на изображениях NASA. При колебаниях температуры в течение марсианского года эти отложения изменяются, как и их тени. Результаты показали, что толщина снега уменьшается от зимы к весне.
Сяо и его команда отметили в своей работе, что большая глубина снежного покрова наводит на мысль, что снегопады на Марсе более частое и более интенсивное явление, чем считалось ранее. Результаты исследований показали, что снежный покров на Марсе более глубокий, чем предполагалось.
Во время исследований не обошлось и без сложностей. Например, ледяные образования неправильной формы отбрасывали длинные тени и создавали впечатление, что слой снега больше, и он толще, чем на самом деле. Вводило в заблуждение также и отсутствие снега во рвах вокруг скал, что приводило к укорочению тени. В целом погрешность составляла менее одного метра, но это весьма существенно для исследования.
Команда учёных установила, что максимальная толщина снежного покрова на Марсе зимой составляет около 1 метра, а весной уменьшается до 21 сантиметра и продолжает уменьшаться в течение всего лета до самого наступления холодов. Хайфэн Сяо и научная группа уверены, что дальнейшее изучение изменений колебаний толщи снега и льда на поверхности Марса помогут людям раскрыть больше информации о нашем соседе в Солнечной системе.
