Аэрозоли в атмосферах Марса и Венеры по данным российских приборов

Аэрозоли — взвешенные в воздухе мелкие жидкие или твёрдые частицы — очень важны для климата, поскольку влияют на тепловой баланс, динамику и химию атмосфер. Длительные наблюдения за Венерой и Марсом помогают понять, в чем именно состоит это влияние, и таким образом строить модели не только других планет, но и Земли, где «климатическая машина» устроена гораздо сложнее.

Так, на Марсе удалось обнаружить обратную корреляцию между содержанием частиц водяного льда и молекулами хлороводорода (или соляной кислоты) HCl. Это подтвердило, что на Марсе, как и на Земле, работает механизм поглощения хлороводорода водяным льдом.

Также на Марсе на высоте от 39 до 90 км удалось наблюдать облака из углекислого газа CO₂, причем иногда в несколько слоев, разделенных 5–15 км. Это вещество — основной (95%) компонент марсианской атмосферы. При одновременном наблюдении CO₂ облаков и измерении температуры атмосферы можно судить о степени насыщения CO₂, а это важный параметр для климатических моделей.

Подробно исследовалось распределение пыли, а также водяных облаков в марсианской атмосфере во время глобальной пылевой бури 28 марсианского года (с начала июня до конца августа 2007 года «по земному времени»). До наступления бури средний размер пылинок на высоте ниже 50 км составлял около 0,75 микрон (миллионных долей метра) и уменьшался выше этого «уровня». Средний радиус частиц водяного льда, составляющих облака, в то же время оценивается в 0,2–1,6 микрона, а сами облака наблюдались на высотах 40–65 км. Во время глобальной пылевой бури всё изменилось. Более крупная пыль (радиусом около 1 микрона) была поднята до 70 км, а в самый разгар бури на высотах 80–90 км смогли образоваться облака из водяного льда, где в нормальной ситуации они просто не могут сконденсироваться.

В отличие от Марса, Венера представляет другую крайность — очень плотную воздушную оболочку (давление у поверхности более 90 атмосфер), состоящую также в основном из углекислоты. Она замечательна сплошным толстым слоем облаков на высоте от 48 до 70 км, над которым до примерно 100–110 км находится тонкая надоблачная дымка, в основном состоящая из частиц (капелек) серной кислоты. Её изучают с орбиты на протяжении нескольких десятилетий, чтобы понять, одинаковы ли размеры этих капель и как они распределены по высоте и широте.

В новой работе внимательно изучались особенности надоблачной дымки на высоте 81–100 км от поверхности. Ранее считалось, что здесь присутствуют только субмикронные частицы. Но одновременные наблюдения в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах спектра показали, что существуют два характерных размера (иначе их называют «моды») в распределении частиц. Частицы первой моды с радиусом около 0,14 мкм наблюдались на высотах до 100 км и выше. Вторая мода с капельками радиуса 0,8 мкм, а в некоторых случаях и даже более 1 микрона, детектировалась вплоть до 98 км. Концентрация, то есть число частиц в кубическом сантиметре, в обоих случаях падает с высотой по экспоненциальному закону, но по-разному: с 50 частиц на высоте 82 км до 3 частиц на 98 км для «первой моды» и с 0,3 частицы на высоте 82 км до 0,03 частицы на высоте 98 км для «второй моды».

Более точные данные о распределении частиц по размерам в атмосфере Венеры позволяет лучше понять, как устроен в ней перенос вещества и как изменяется с течением времени облачный слой, «питающий» дымку.

Результаты получены коллективом отдела физики планет ИКИ РАН под руководством члена-корреспондента РАН Кораблева Олега Игоревича в рамках темы госзадания FFWG-2022-0007 ПЛАНЕТА рег. №122042500017-2; грант РНФ 23-12-00207. Направление ПФНИ 2021–2030 1.3.7.5. Планеты и планетные системы