Пыльные бури проносятся над поверхностью Марса каждый год. Иногда они разрастаются настолько, что скрывают планету из виду. Это может поставить будущих колонистов в затруднительное положение: некоторые бури могут длиться по нескольку месяцев, заслоняя собой солнечный свет и лишая солнечные батареи источника энергии. В настоящее время точного способа прогнозирования подобных бурь нет, но по расчетам ученых в течение ближайших месяцев на Красной планете будет бушевать сильнейший пыльный шторм, и если это действительно произойдет, то в будущем отслеживать катаклизмы будет намного проще.

Скорее всего, глобальные пыльные бури происходят тогда, когда Марс оказывается ближе всего к Солнцу. По словам Джеймса Ширли, астронома из Лаборатории реактивного ускорения НАСА и автора статей об исследованиях марсианских штормов, чем сильнее нагревается пыль в атмосфере, тем быстрее она движется, так что это вполне логично. Иногда столб пыли поднимается в атмосферу на 60 километров (для сравнения, высота Эвереста составляет всего 8,848 километров). Прогнозирование подобных штормов осложняется в первую очередь тем, что нам о них известно очень немного. «С одной стороны, они не должны происходить вовсе, а с другой — пылевые штормы должны длиться постоянно, поскольку Марс хорошо освещен Солнцем и сильно нагревается под его лучами. Причины того, почему бури возникают периодически и нерегулярно, нам пока не известны», говорит Ширли.

Пыльная буря может помешать не только работе космонавтов на самой планете, она может попросту не дать челноку приземлиться на Марс. Когда атмосфера нагревается и пыль приходит в движение, она не только ухудшает видимость и скрывает зону посадки (из-за чего корабль запросто может приземлиться, к примеру, в ущелье), но и вызывает нагревание обшивки из-за трения, что может негативно сказаться на работе систем корабля. Как бы то ни было, скорость ветра в огромных пыльных штормах ниже, чем на Земле: атмосфера Марса намного тоньше земной, и ветер не развивает скорость выше 90−120 км/ч. К тому же, из-за разреженной атмосферы даже самый быстрый ураган будет ощущаться как ветер со скоростью примерно 16 км/ч на Земле, как объясняет Стив Хоффман, аэрокосмический инженер в Космическом центре Джонсона НАСА. «Такой ветер не опрокинет ни космонавта, ни ракету», говорит он. Тем не менее, большая буря может засорить щели в обшивке корабля и техники мусором, оставить солнечные батареи без источника энергии и таким образом нанести серьезный вред работе космонавтов и марсоходов. К примеру, роверы Spirit и Opportunity, попавшие в пыльный шторм в 2007 году, ждали неделями, имея возможность подзаряжаться лишь в течение нескольких минут в день, когда буря ослабевала и небо ненадолго прояснялось.

То, как хорошо астронавты смогут подготовиться к буре, зависит от степени их информированности. Чем раньше удастся предсказать приход бури, тем больше у них шансов минимизировать последствия ее разрушительной деятельности. Одной из возможных стратегий может стать переход на альтернативные источники энергии. Марсоход Curiosity, например, использует радиоизотопную систему питания, получая энергию из плутония. Неплохой идеей может оказаться расщепление воды на водород и кислород, но, к сожалению, водород взрывоопасен, а плутоний радиоактивен, так что ни один из этих методов не выглядит в глазах НАСА особо привлекательным, когда речь идет об экспедиции с живыми людьми. Кроме того, есть еще одна опасность: марсианская пыль содержит токсичные перхлораты и персульфаты, которые могут проникнуть в костюмы (пыль очень мелкая, поэтому маловероятно, что даже на борту челнока астронавтам удастся полностью избежать контакта с ней тем или иным путем). «Любые люки, воздуховоды, вращающиеся детали костюма и щели могут стать воротами для пыли, что может привести к банальному механическому износу оборудования», делится своими опасениями Хоффман.

В прошлом году Джеймс Ширли исследовал то, как вращение Марса вокруг центра Солнечной системы может быть связано с возникновением пыльных бурь. Может показаться удивительным, но центром системы не всегда является Солнце, хотя светило и не отдаляется от него. Приятжение планет иногда увлекает за собой звезду, поэтому она пребывает в постоянном движении. В этот процесс вовлечен и Марс, и ученые полагают, что именно приближение и отдаление планеты от Солнца и заставляет атмосферу то нагреваться, то охлаждаться, отчего бури происходят с периодической частотой. Они смоделировали планетарные циклы движения пыли и убедились, что восемь из девяти крупных пылевых бурь, которые происходили за последнее время, примерно соответствовали ожидаемым прогнозам. Это знание поможет не только космическим экспедициям, но также может оказаться полезно и для земных условий: Ширли уверен, что, изучая физические явления на Марсе, ученые смогут соотнести их с похожими процессами на Земле.

НАСА рассказало правду и вымыслы об опасностях пылевых бурь на Марсе, некоторые из которых могут быть заметны с наземных телескопов. Эту информацию использовали в создании нового фильма «Марсианин» режиссера Ридли Скотта. Об этом сообщается на сайте NASA.

Пылевой «хвост» (Фото: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona)

События фильма «Марсианин», который выйдет на экраны в октябре 2015 года, начинаются с того, что герой Энди Уира (астронавт Марк Уитни) сталкивается с сильной пылевой бурей. Она срывает передающую антенну и разрушает часть лагеря. НАСА не отрицает, что пылевые бури являются одной из неприятных особенностей Красной планеты.

«Каждый год на Марсе наблюдаются умеренно-большие пылевые бури, которые охватывают районы размером с земной континент и длятся неделями», - сказал планетолог Майкл Смит из Центра космических полётов Годдарда НАСА в Гринбелте (штат Мэриленд).

Между тем, на Красной планете, как отметил ученый, наблюдаются и гораздо более сильные штормы. Глобальные пылевые бури формируются из умеренно-больших и проявляют себя в среднем раз в три марсианских года (этому соответствует примерно 5,5 земных года).

Однако, как отмечает ученый, маловероятно, что эти пылевые бури смогут даже потревожить волосы астронавта на Красной планете (если последний решится снять скафандр). Кроме того, даже глобальные пылевые бури, скорее всего, не в состоянии опрокинуть или разрушить какое-либо оборудование.

Это связано с тем, что скорость самых сильных ветров на Марсе не превышает 27 метров в секунду, что более чем в два раза меньше скорости некоторых ураганных ветров на Земле. Кроме того, плотность марсианской атмосферы в сто раз меньше, чем земной.

Пыль после бури в 2008 году закрыли панели Spirit (Фото: NASA / JPL-Caltech / Cornell)

«Главное отличие между Землей и Марсом состоит в том, что атмосферное давление на Красной планете намного меньше», - сказал специалист в области физики плазмы Уильям Фаррелл. «Таким образом, все [частицы в атмосфере Марса] становится ветром, но не с той же интенсивностью [по сравнению с Землей]», - добавил он.

Однако пылевые бури на Марсе не полностью безвредны. Отдельные небольшие частицы пыли могут нести электростатический заряд и «прилипать» к поверхностям, в частности, иллюминаторам и механическим деталям научного оборудования.

Нейтрализация электростатических зарядов и устранение пылевых загрязнений является одной из основных задач, которую решают инженеры, проектирующие оборудование для исследований Марса.

Эта же пыль является большой проблемой для солнечных батарей. Даже небольшие пылевые бури способны занести на солнечные панели достаточное количество частиц для того, чтобы значительно уменьшить поступление солнечной энергии.

В фильме Марсианин астронавт Уитни ежедневно устраняет пылевые загрязнения с солнечных панелей. Также НАСА отмечает, что глобальные бури на Марсе могут также привести к некоторому затемнению атмосферы Красной планеты.

«Мы действительно беспокоились об энергии марсоходов. Роверы Spirit и Opportunity, которые высадились на Марсе в 2004 году, только раз испытали на себе глобальный шторм (в 2007 году), и, в основном, они на несколько недель прекратили свою работу и перешли в режим выживания», - сказал Смит.

Чаще всего глобальные пылевые бури на Марсе происходят в летнее время в южном полушарии планеты. Как и на Земле, времена года на Красной планете обусловлены ее наклоном к плоскости орбиты. Однако орбита Марса более вытянута, чем у Земли, что означает, что в течении марсианского года одна из сторон планеты нагрета сильнее, чем другая.

Известно, что на Марсе свирепствуют пылевые бури, эти бури бывают невероятно масштабными и могут овевать всю планету. Кроме того, поверхность Марса усеяна бесчисленными смерчами, мечущимися по его равнинам и вздымающими пыль, увлекаемую в уникальный для планеты «пылевой цикл».

Сделанные с орбиты, показывают, что основной причиной эрозии на Марсе являются ветра. Обширные дюнные равнины, замысловатые скальные образования и небеса, подёрнутые дымкой - таков этот суровый ветреный мир.

Писатели-фантасты быстро подхватили идею частых штормов, которые издалека выглядят устрашающими. Исполинские стены пыли, на фоне которых величайшие земные пылевые или песчаные бури выглядят нелепыми карликами, сверкающие копья молний, возникшие из-за атмосферного трения, чудовищные ураганы, сметающие всё на своём пути, расшвыривающие астронавтов и корёжащие оборудование.

Увы, реалии марсианских пылевых бурь несколько более скромны - факт, который НАСА хочет донести до аудитории, с нетерпением ожидающей нового фильма Ридли Скотта «Марсианин».

Действие фильма, снятого по бестселлеру Энди Уира, происходит в недалёком будущем во время пилотируемой экспедиции на Марс. Из-за свирепой пылевой бури миссия терпит неудачу, планетарная база повреждена, а один из астронавтов, Марк Уотни (в исполнении Мэтта Дэймона) теряется после повреждения скафандра и коллеги решают, что он погиб в жутких марсианских ветрах.

Но, как и множество других спекуляций фантастов на тему Марса, эта сцена вводит зрителя в заблуждение, так как у учёных несколько иные данные о его атмосферном давлении.

Хотя, разумеется, пылевые бури Марса по-своему опасны, крайне маловероятно, что они кого-нибудь расшвыряют или что-нибудь покорёжат. Сильнейший марсианский ветер дует со скоростью 60 миль в час (менее 30 метров в секунду), вполовину меньше какого-нибудь земного урагана. По сути, впрочем, повреждения наносит не столько сама скорость ветра, сколько атмосферное давление, с которым на Марсе как раз туговато. Оно составляет примерно один процент от земного, так что если вы решите заняться кайтингом на Красной Планете, вас ждёт неслабое разочарование.

«Основная разница между атмосферами Земли и Марса в том, что давление на последнем гораздо ниже», - говорит физик Уильям Фаррелл из Центра космических полётов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, занимающийся анализом марсианских пылевых бурь. «Поэтому, конечно, ветра дуют, но не так уж сильно».

Хотя самый неистовый ураган на Марсе по земным меркам будет скорее похож на бриз, марсианские пылевые бури всё же могут стать проблемой для будущих астронавтов, особенно если они будут зависимы от солнечной энергии.

В «Марсианине» Уотни каждый день чистит солнечные панели, чтобы они не зарастали пылью. Как показал опыт марсоходов на солнечных батареях, в частности ветерана НАСА Opportunity, который ездит по Марсу на солнечной тяге вот уже десять лет, это серьёзная проблема, серьёзно влияющая на объём получаемой энергии. Когда атмосфера насыщается мелкодисперсной пылью во время бурь, солнечный свет практически не достигает поверхности.

«Мы беспокоимся за энергообеспечение марсоходов, это важный вопрос», - говорит учёный Майкл Смит, также из центра Годдарда. «Аппатары Spirit и Opportunity были доставлены на планету в 2004-м году и пока что попали только в одну серьёзную пылевую бурю (в 2007-м), но тогда им пришлось фактически прекратить функционировать и перейти в режим жизнеобеспечения на несколько недель».

Но мелкодисперсная пыль причиняет неудобства не только в связи с солнечными панелями. Мало того, что её частицы намагничены, они ещё покрыты острыми зазубринами (так как на Марсе нет других эрозийных процессов, чтобы их обкатать), способными нанести механические повреждения.

«Если вы видели фотографии Curiosity после поездки, то помните, что его будто бы выкопали из ямы», - добавил Смит. «Пыль покрывает всё, как одеяло, и забивается во все движущиеся сочленения».

Пыльная атмосфера Марса, несомненно, доставит хлопот наземным аппаратам, а также здоровью астронавтов, если когда-нибудь мы отправим туда долгосрочную экспедицию (вдобавок к повышенному уровню радиации и токсичным веществам в марсианском реголите и почве). Кроме того, причины, вызывающие планетарные пылевые бури, пока изучены крайне плохо.

«Сравнительно большие пылевые бури случаются на Марсе каждый год, они приобретают континентальные размеры и длятся по нескольку недель каждая», - говорит Смит. «Но каждые три марсианских года (примерно пять с половиной земных) обычная буря разрастается до планетарных размеров, такие мы называем "глобальный пылевой шторм"».

«Может быть, буре требуется время, чтобы собраться с силами. Может, есть какой-то цикл, через который ей нужно пройти, а потом попасть в нужное место и запустить новую бурю, а может это просто дело случая».

Человечество наблюдало глобальные пылевые штормы на Марсе с 1909 года, последний случился в 2007-м, так что Марс как раз в ожидании нового гиганта.

«Мы ждём глобального шторма, и в этот раз он обещает быть действительно грандиозным, так что это будет весело», - говорит он. «Обожаю пылевые штормы».

С каждой следующей бурей на Марсе мы узнаём всё больше и больше о происходящих там процессах, чтобы лучше подготовиться к первой высадка на эту пыльную, незнакомую планету. Но что касается, свирепых штормов, можно быть уверенным, что никого, кроме марсианина Уотни, его ветрами не сдует.

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

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 ее приближение и длительность. Возможно, потребуются альтернативные источники энергии. Марсоход « », 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, 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».

Космос всем интересен, все что потрогать не представляется возможным таит некую загадку

Куда ни кинь взгляд по Вселенной, всюду бесконечность!

Многие хотели бы узнать есть ли край у Вселенной? Как далеко простираются космические закоулки? С большой вероятностью можно сказать, что познанию нет границ, как и нет границ у космоса и Вселенной!

комментарии (0)

Обновить