Сможем ли мы прогнозировать пылевые бури на Марсе?

Каждый год пылевые бури пожинают поверхность Марса. Иногда одна из таких бурь вырастает настолько, что укрывает целую планету. Очевидно, это ставит будущих астронавтов в неудобное положение. Марсианские бури, возможно, будут не столь свирепы, как та, что накрыла Марка Уотни и его коллег в «Марсианине», но они могут буйствовать несколько месяцев, закрывать солнце и укрывать солнечные панели слоем пыли.

В настоящее время не существует надежного способа узнать, когда нагрянет пылевая буря размером с планету. Однако ученые изучают картину сезонов пылевых бурь на Марсе. Красная планета, скорее всего, окажется в тисках глобальной пылевой бури в ближайшие несколько месяцев, в соответствии с прогнозом, сделанным в прошлом году. Если это так, и пылевая буря действительно начнется, возможно, нам будет проще прогнозировать будущие бури.

Пыль, везде и всюду

Глобальные пылевые бури, скорее всего, начнутся, когда Марс подойдет к Солнцу ближе всего, так как быстро движущаяся пыль в атмосфере поглощает солнечный свет и нагревается. «Чем быстрее она нагревается, тем быстрее циркулирует», говорит Джеймс Ширли, планетолог из Лаборатории реактивного движения NASA. Полномасштабная буря может разгонять пыль в атмосфере до 60 км/ч.

Прогнозирование этих бурь — сложная задача, поскольку мы знаем о них очень мало. «Можно было бы подумать, что они вообще не должны происходить, либо же бушевать постоянно, потому что солнечный свет падает на Марс в значительной степени так же, как и на Земле, каждый год», говорит Ширли. «Почему же в одни годы это случается, а в другие нет?».

Если буря размером с планету разыграется, когда космический аппарат будет приближаться к Марсу, она может помешать процессу приземления на поверхность. «Когда атмосфера нагревается, она как бы раздувается, подобно шару», говорит Ширли. Это значит, что космический аппарат начнет испытывать трение раньше, чем ожидается. «Это может совершенно испортить процесс повторного входа в атмосферу и посадки».

Ветер на Марсе во время пылевой бури менее сильный, чем ураган на Земле; атмосфера намного тоньше, а штормовые ветры не разгоняются больше 100-120 км/ч. Поскольку атмосфера Марса тоньше, «самая большая скорость, которую мы измерили, составила 16 км/ч на уровне земли», говорит Стив Хоффман, аэрокосмический инженер в Космическом центре Джонсона при NASA. «Астронавта такой ветер не перевернет, ракету-носитель тоже».

Однако глобальная буря может засорить машины и отрезать астронавтов от солнечного света, который нужен для солнечных батарей и марсоходов. Роверы «Спирит» и «Оппортьюнити» переждали свой последний глобальный пылевой шторм в 2007 году, включаясь лишь на пару минут в день, поддерживая электронику в тепле.

Разоряющая пыль

Насколько хорошо астронавты смогут подготовиться к пылевой буре, зависит от того, насколько хорошо они смогут прогнозировать ее приближение и длительность. Возможно, потребуются альтернативные источники энергии. Марсоход «Кьюриосити», например, использует систему радиоизотопного генератора, который вырабатывает электричество из плутония. Имея дополнительную энергию, можно было бы расщеплять воду на водород и кислород. «Мы могли бы производить топливо, накапливать энергию, пока светит солнце, а затем обращаться к ним, когда начинается пылевая буря», говорит Хоффман. К сожалению, плутоний радиоактивен, а водород чрезвычайно огнеопасен, поэтому оба варианта NASA рассматривает как очень плохие.

Пыль, содержащая токсичные соединения — перхлораты, — может попасть в костюмы. Экипажу придется сидеть в засаде, считает Ричард Дэвис из отдела планетарных наук NASA.

Пыль, которая попадает в атмосферу и вызывает глобальные бури, также очень мелкая. Она почти как дым, такая же всепроникающая, и от нее сложно избавить все, что открывают и закрывают. Любые люки, любые движущиеся части на скафандрах, везде будет пыль. Токсичные перхлораты могут привести к механическому износу.

Продолжительные сумерки тоже могут утомить, хотя глобальная пылевая буря на Марсе не вызовет такой же темноте, как полярная зима на Земле. Будет мрачно и довольно долго, но не полная темнота в течение суток.

В любом случае мы понятия не имеем, каково это — жить в условиях пылевой бури, пока астронавты не выяснят это наверняка.

Космический танец

В своем прошлогоднем исследовании Ширли занимался поиском связи между движением Марса вокруг гравитационного центра Солнечной системы  и проявлением глобальных пылевых бурь. Что примечательно, гравитационный центр Солнечной системы не всегда представлен Солнцем (хотя Солнце никогда не отходит далеко от него). Сила тяжести планет, вращающихся вокруг Солнца, тоже оказывает на него влияние, благодаря чему Солнце удаляется и приближается к этому центру тяжести. По мере космического танца Солнца, вместе с ним танцует и Марс.

Ширли и его коллеги полагают, что вместе с изменением импульса Марса, меняется и импульс атмосферы, поэтому циркуляция воздуха постоянно ускоряется и замедляется. Эти изменения могут приводить к пылевым бурям. Исследователи сделали прогнозы относительно этих циклов в атмосфере, а затем взглянули на компьютерные модели и выяснили, что более интенсивная циркуляция может уводить пыль выше, а вместе с этим «убегает» и пылевая буря. Все девять глобальных пылевых бурь, наблюдавшихся на Марсе, происходили в годы, когда циркуляция была наиболее интенсивной.

«Периоды, когда Марс ускоряется и набирает обороты из-за тяги и раскачивания других планет и Солнца, кажется, идеально совпадают со временем проявления пылевых бурь», говорит Ширли. Среди всех сезонов с условиями, похожими на условия этого года, только один не породил глобальную пылевую бурю.

Исследование влияния гравитации Солнца и других планет на импульс и атмосферу Красной планеты может помочь ученым с прогнозами. Чем больше данных, тем они будут точнее. Что особенно интересно, изучение глобальных бурь на Марсе может помочь в исследовании и нашей собственной планеты. Красная планета имеет более простую атмосферу, чем Земля, из-за отсутствия океанов.

«Если мы узнаем что-нибудь о физике, которая приводит к изменениям атмосферы и ветров, возможно, мы сможем применить эти знания и к более сложному случаю Земли».