Пыльные дьяволы Марса: чего не учли при проектировании марсоходов

Атмосфера Марса слишком разрежена, чтобы удерживать облака или создавать привычные земные ураганы, однако ветры здесь способны творить чудеса. Они поднимают с поверхности тончайшую пыль, создавая закрученные вихри, которые астрономы называют пыльными дьяволами. Эти вихревые потоки заметны на снимках орбитальных аппаратов и играют ключевую роль в понимании марсианского климата.

Недавнее исследование швейцарских и немецких учёных показало, что марсианские ветры куда мощнее, чем считалось ранее. Новые данные не только меняют представление о погоде на планете, но и помогают подготовиться к будущим миссиям.

Когда пыль превращается в инструмент науки

Пыльные дьяволы — это вращающиеся колонны воздуха, наполненные мельчайшими частицами реголита. Их можно сравнить с земными смерчами, но на Марсе они часто достигают километровой высоты и оставляют видимые следы на поверхности.

Хотя сами ветры невидимы, поднятая ими пыль помогает учёным изучать движение воздуха. Именно по этим вихрям астрономы восстанавливают направление потоков, скорость и особенности микроклимата в разных регионах планеты.

Глубокое обучение на службе астрономии

Ведущий автор исследования, доктор Валентин Бикель из Центра изучения космоса и обитаемости при Бернском университете, применил методы искусственного интеллекта, чтобы "прочитать" марсианские пейзажи.

"Используя современный подход к глубокому обучению, мы смогли идентифицировать пылевые вихри на более чем 50 000 спутниковых снимков", — объяснил Бикель.

Для анализа использовались изображения с двух европейских орбитальных миссий: CaSSIS (Система цветного и стереоизображения поверхности) на борту аппарата ExoMars Trace Gas Orbiter и HRSC (Стереокамера с высоким разрешением), установленной на Mars Express. Обе миссии находятся под эгидой Европейского космического агентства (ЕКА).

"Таким образом, наше исследование основано исключительно на данных, полученных в ходе европейской программы исследования Марса", — продолжает Бикель.

Команда изучила около 300 вихрей на стереоснимках, чтобы рассчитать их скорость.

"Стереоизображения — это снимки одного и того же участка поверхности Марса, сделанные с разницей в несколько секунд. Таким образом, эти изображения можно использовать для измерения движения пылевых вихрей", — пояснил соавтор исследования Николя Томас.

Скорость ветра на Марсе оказалась выше ожиданий

Результаты оказались впечатляющими. Средняя скорость пылевых вихрей на Марсе достигает 44 метров в секунду — это около 160 км/ч. Для сравнения, прежние данные с поверхности показывали не более 50 км/ч, а порывы свыше 100 км/ч считались редкостью.

Такая мощность ветра способна поднимать огромные массы пыли, влияя на глобальный климат планеты. Пыль рассеивает солнечный свет, изменяет температуру атмосферы и даже может вызывать продолжительные пылевые бури, накрывающие целые континенты.

"Наши данные показывают, где и когда ветры на Марсе становятся достаточно сильными, чтобы поднимать пыль с поверхности. Это первый случай, когда такие данные доступны в глобальном масштабе за период около двух десятилетий", — отметил Бикель.

Как сильные ветры влияют на климат и миссии

Пылевые вихри — не просто природное явление. Они участвуют в пылевом цикле Марса, регулируя движение частиц и поддерживая атмосферу в её нынешнем виде. Пыль, поднимаемая ветрами, может оставаться в воздухе неделями, создавая эффект тумана и затрудняя работу солнечных панелей на роботах-исследователях.

Для инженеров эти данные — не абстракция, а практическая необходимость.

"Более глубокое понимание ветровых условий на Марсе имеет решающее значение для планирования и реализации будущих высадок на планету", — подчеркнула исследователь Даниэла Тирш из Немецкого аэрокосмического центра (DLR).

Такие модели позволяют оценивать риски при посадке аппаратов, выбирать места для будущих баз и корректировать траектории спускаемых модулей.

"Благодаря новым данным о динамике ветра мы можем более точно моделировать марсианскую атмосферу и связанные с ней процессы на поверхности", — добавила она.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: недооценка скорости ветра при проектировании спускаемых аппаратов.
  Последствие: смещение траектории и риск аварийной посадки.
  Альтернатива: учитывать данные о ветровых потоках при моделировании миссий.
• Ошибка: недостаточная защита солнечных батарей от пыли.
  Последствие: снижение мощности и преждевременная остановка работы зонда.
  Альтернатива: применять самоочищающиеся покрытия и пылезащитные щиты.
• Ошибка: выбор площадки для посадки без анализа микроклимата.
  Последствие: затруднённая работа приборов и потеря связи.
  Альтернатива: использовать карты ветров и пылевых вихрей при планировании миссий.

А что если пыльные дьяволы могут помочь?

Интересно, что вихри не только мешают роботам, но и иногда очищают их панели от пыли. Подобные случаи уже фиксировались на марсоходах Spirit и Opportunity: сильный вихрь буквально сдул слой пыли, позволив аппаратам продолжить работу.

Мифы и правда

• Миф 1. На Марсе нет ветров, потому что там почти нет воздуха.
  Правда: плотность атмосферы низкая, но разница температур создаёт мощные потоки.
• Миф 2. Пыльные дьяволы опасны для техники.
  Правда: чаще они не наносят вреда, а наоборот — очищают панели марсоходов.
• Миф 3. Пылевые бури случаются только в одном регионе.
  Правда: ветра могут охватывать всю планету, создавая глобальные пылевые циклы.

FAQ

Как формируются пыльные дьяволы?
Когда солнце нагревает поверхность, горячий воздух поднимается вверх, закручиваясь в спираль и поднимая пыль.

Можно ли увидеть пыльного дьявола с Земли?
Нет, но их регулярно фиксируют орбитальные аппараты — CaSSIS и HRSC.

Почему учёных интересует пыль на Марсе?
Она влияет на температуру, климат и работу техники, а также помогает понять атмосферную динамику планеты.

Есть ли сезонность у марсианских ветров?
Да, они усиливаются, когда планета ближе к Солнцу — в марсианское лето.

Поможет ли это исследование будущим миссиям?
Безусловно. Полученные данные позволяют точнее прогнозировать погодные условия при посадке и работе оборудования.

Три интересных факта

1. В 2019 году марсоход InSight впервые записал звук марсианского ветра.
2. Некоторые вихри оставляют следы длиной до 50 км, видимые из космоса.
3. На Земле аналогичные вихри наблюдаются в пустынях — например, в Сахаре и Аризоне.

Исторический контекст

Изучение марсианской атмосферы началось ещё с миссии Mariner 9 в 1971 году, когда камера зафиксировала первую глобальную пылевую бурю. С тех пор каждое новое поколение орбитальных аппаратов вносит вклад в понимание климата планеты. Современные миссии ESA и NASA позволяют не только наблюдать, но и измерять скорость и направление ветра, а также прогнозировать, где на Марсе поднимется следующий "пылевой дьявол".

Уточнения

Марс - четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размеру планета Солнечной системы. Наряду с Меркурием, Венерой и Землёй принадлежит к семейству планет земной группы. Названа в честь Марса — древнеримского бога войны.