Всяка сутрин, в продължение на няколко месеца от марсианската година, близо до един от най-високите вулкани в Слънчевата система се случва нещо необикновено.

Над склоновете му се появява бял облак, който се разгръща над терена и се простира на разстояние до 1800 километра – приблизително колкото разстоянието от Ню Йорк до Маями. След това, в рамките на няколко часа, той изчезва.

Учените наблюдават това странно ежедневно явление от години, но досега не можеха да си обяснят как е възможно да се образува толкова огромен облак в разредената и суха атмосфера на Марс. Сега екип от изследователи смята, че е открил липсващото ключово звено. Според ново проучване облакът може да се образува чрез необичаен процес, при който водната пара се превръща директно в ледени кристали, без да са необходими прахови частици, които да инициират този процес. Този механизъм, известен като хомогенна нуклеация, отдавна е теоретично известен, но учените никога досега не бяха потвърждавали, че той действително протича в атмосферата на планета.

Облакът си има име: „Удължен облак над Арсия Монс“ (Arsia Mons Elongated Cloud), или съкратено AMEC. Мястото, където се заражда, е Арсия Монс – угаснал вулкан, издигащ се на около 20 километра над марсианския релеф. Това е повече от два пъти височината на Еверест над морското равнище.

През пролетта и лятото в южното полукълбо на Марс ветрове преминават през вулкана, изтласквайки въздуха нагоре. Планината действа като огромна преграда в атмосферата, пораждайки мощни вълни, които издигат обеми влажен въздух на височина от няколко километра само за броени минути. Докато се издига, въздухът се разширява и рязко се охлажда. Изследователите са изчислили, че температурите могат да спаднат с 30 °C само за 10 минути, достигайки стойности под -143 °C.

Облакът се образува на около 45 километра над повърхността на планетата. След това ветровете отнасят ледените му частици на запад, създавайки впечатляващата му опашка. Подобни облаци, породени от планини, се наблюдават и на Земята – например известният облак „Левантер“ над Гибралтар. Стандартните метеорологични модели обаче не успяваха да възпроизведат необикновената дължина на този марсиански облак.

По-ранни симулации, публикувани през 2022 г., успешно пресъздадоха мощните възходящи въздушни потоци и процеса на бързо охлаждане. Въпреки това огромната бяла опашка оставаше необяснена. Нещо липсваше.

Обикновено облаците се нуждаят от основа, върху която да се образуват. На Земята водната пара кондензира или замръзва около микроскопични частици прах, морска сол, сажди или други материали, носещи се в атмосферата. Учените наричат ​​този процес хетерогенна нуклеация. На Марс има изобилие от прах, но изследователите установиха, че само прахът не може да обясни явлението AMEC. Затова те приложиха необичаен подход.

„За да възпроизведем AMEC в нашите модели, установихме, че трябва да включим някои екзотични физични процеси – такива, които, макар и описани в учебниците, се разглеждат като теоретични и обикновено се смята, че не се наблюдават в природата“, заявява водещият автор Хорхе Ернандес-Бернал, който е планетолог.

Вместо да разчитат на прахови частици, изследователите допуснаха възможността ледените кристали да се образуват спонтанно от самата водна пара. Това е процес на хомогенна нуклеация, който изисква екстремни условия. Обикновено във въздуха просто няма достатъчно водни молекули, които да се групират и замръзнат без външна намеса. Но над вулкана Арсия Монс температурата спада толкова рязко, че въздухът става изключително преситен, въпреки че на Марс има сравнително малко вода.

Свръхнасищането означава, че въздухът съдържа повече водни пари, отколкото обикновено би могъл да задържи при съответната температура. Колкото по-студен става въздухът, толкова по-малко количество пари може да побере той. Над вулкана охлаждането протича толкова бързо, че водните пари могат временно да достигнат изключително високи нива спрямо точката на насищане. Тези условия могат да позволят образуването на ледени кристали без наличието на обичайните микроскопични ядра. Когато изследователите включиха този процес в своите симулации, облакът най-накрая се появи, при това със своята характерна издължена опашка.

Моделът също така възпроизведе няколко по-малки характеристики, включително стесняването на облака и последващото му отделяне от вулкана. Въпреки това съответствието не беше идеално. Симулираният облак беше с 30 до 50% по-тесен от наблюдавания, образува се с около 90 минути по-късно и достигна едва около една четвърт от максималната дължина на наблюдавания облак, преди да се отдели. Освен това учените не са наблюдавали пряко образуването на отделни ледени частици чрез предложения механизъм. Доказателствата се основават на това доколко добре симулациите възпроизвеждат направените наблюдения.

Космическият апарат Mars Express направи възможна тази детективска работа. Неговите инструменти предоставят подробни наблюдения на облака от 2018 г. насам, въпреки че по-ранни космически апарати са заснели феномена преди десетилетия. Откритието се основава и на по-ранни изследвания на изненадващо необичайния воден цикъл на Марс. През 2011 г. учените откриха, че водните пари могат да се задържат в марсианската атмосфера в концентрации, далеч над тези, които температурата обикновено би трябвало да позволява. Проучване от 2020 г. впоследствие установи широко разпространено пренасищане с водни пари по време на прашния сезон на планетата, което помага да се обясни как влагата може да достигне по-високо ниво в атмосферата, отколкото се очакваше преди.

Учени са предполагали, че подобно спонтанно образуване на лед е възможно в горните слоеве на атмосферата на Земята и Венера, но това все още не е потвърдено там. Ако това тълкуване е вярно, Марс може да предостави първите убедителни доказателства от реални наблюдения, че облаци от воден лед могат да се образуват директно от пара, без участието на прах или други частици.

Следващият въпрос е дали Арсия Монс е уникален случай, или същият процес допринася за образуването и на други облаци на Марс, като потенциално влияе върху начина, по който водата се разпределя из планетата. Това дори би могло да подтикне учените да преразгледат представите си за начина, по който се образуват определени облаци на Земята, Венера и други небесни тела. В продължение на години този огромен бял шлейф изглеждаше като странност на марсианското време. Сега обаче той може да разкрие пред учените нещо фундаментално за процесите на образуване на облаци в цялата Слънчева система.

Снимка: Unsplash/ESA

Виж още: Портативният PlayStation Portal може да се сдобие с така желания OLED дисплей