Угарный газ рассказал о циркуляции в атмосфере Марса

Орбитальный аппарат европейско-российской программы «ЭкзоМарс» смог построить карту глобальной циркуляции в атмосфере Марса. Это удалось сделать благодаря отслеживанию движения молекул угарного газа. Заодно ученые смогли определить изменения в атмосфере, вызываемые глобальными пылевыми бурями. Статья опубликована в журнале Nature Geosciences, кратко о работе рассказывается на сайте ИКИ РАН.

Угарный газ (CO) играет важную роль в марсианской атмосфере, участвуя в химических циклах как водорода, так и кислорода. Он образуется в верхних слоях атмосферы (на высотах примерно 60 километров) при фотолизе CO2, после чего, двигаясь вместе с атмосферными массами на более малые высоты, молекулы CO с большой вероятностью будут захвачены гидроксильным радикалом OH и прекратят своё существование, снова превратившись в CO2 и воду. Так как время жизни одной молекулы CO оценивается примерно в 2,5 земных года, то по изменениям концентрации угарного газа в атмосфере Марса можно определить как движутся атмосферные массы в зависимости от сезона и оценить сколько водяного пара в атмосфере и какова ее окислительная способность. 

Группа российских, французских и американских планетологов во главе с Кевином Олсеном (Kevin. S. Olsen) из Оксфордского университета опубликовала результаты анализа данных, собранных российским спектрометрическим комплексом ACS (Atmospheric Chemistry Suite), установленным на борту зонда TGO (Trace Gar Orbiter), который занимается изучением атмосферы Марса с 2016 года. Ученые работали с данными спектрометра MIR, собранными в апреле-июне 2018 года, которые охватили и глобальную пылевую бурю. Этот прибор следит за тем, как различные вещества в атмосфере поглощают часть солнечного излучения, что отражается в наблюдаемых спектрах.

Вертикальные профили содержания CO в атмосфере Марса на разных широтах

Концентрация угарного газа в атмосфере Марса оказалась неоднородной. На высотах до 80 километров объемная доля CO вблизи экватора составляет около одной тысячи частей на миллион, а при движении на юг растет до 1260 частей на миллион. На высотах выше 80 километров, где происходит фотолиз CO2, содержание угарного газа резко растет до пяти тысяч частей на миллион. Однако модели предсказывали, что резкий рост должен начинаться на высоте 60 километров, что говорит о недооценке интенсивности переноса угарного газа вверх. На высоких широтах концентрация угарного газа начинала расти уже на высоте 40 километров, достигая значений 2000–3000 частей на миллион, что больше, чем предсказывали модели. 

Таким образом, на экваторе Марса преобладают восходящие потоки, нагревающие атмосферу, а вблизи полюсов — нисходящие потоки. Циркуляция атмосферы в виде двух ячеек Хедли идет достаточно быстро и в течение одной или двух недель недель перемешивает атмосферу, при этом в полярных областях этот процесс идет медленнее. 

Что же касается глобальной пылевой бури, которая бушевала после северного осеннего равноденствия, то за время наблюдений средняя концентрация угарного газа упала примерно на 20 процентов, однако увеличился перенос CO из нижних слоев атмосферы в верхние. В этом случае нижние слои атмосферы сильнее нагреваются и расширяются, увеличивается концентрация водяного пара и реже собираются облака. Наблюдения, проведенные после пылевой бури, показали, что концентрация угарного газа в атмосфере остается примерно одинаковой до высот около 100 километров.