Een team van onderzoekers van MIPT en hun Duitse en Japanse collega's hebben een numeriek model ontworpen van de jaarlijkse watercyclus in de atmosfeer van Mars. Eerder, de wetenschappers richtten hun onderzoek op relatief grote stofdeeltjes in de lucht die dienen als watercondensatiekernen op Mars. In dit onderzoek, het MIPT-team breidde de analyse uit met kleinere deeltjes die ongrijpbaarder zijn. Als resultaat, de berekeningen bleken nauwkeuriger en consistenter met de gegevens verkregen uit Mars-orbiters. De krant is gepubliceerd in de Journal of Geophysical Research:Planeten .

Alexander Rodin, het hoofd van het Laboratorium voor Toegepaste Infraroodspectroscopie aan het MIPT, commentaar:"Ons model beschrijft de 3D-bewegingen van de luchtmassa's op Mars, overdracht van zonne- en infraroodstraling, faseovergangen van water, en de microfysica van Marswolken, die cruciaal is voor de hydrologische circulatie van de planeet."

Er is niet veel water op de rode planeet, vooral in zijn ijle koude atmosfeer. Als we al het atmosferische water zouden verzamelen en gelijkmatig over het oppervlak van de planeet zouden verdelen, de laag zou slechts 20 micron dik zijn. Hoewel water in zo'n lage concentratie op Mars aanwezig is, het heeft een grote impact op het klimaat op aarde. Bijvoorbeeld, wolken verstrooien en zenden invallende infraroodstraling opnieuw uit, en ijs gecondenseerd op aerosoldeeltjes verwijdert stof uit de atmosfeer. Dat is waarom, om een ​​beter begrip te krijgen van de processen die op Mars plaatsvinden, het is belangrijk om te kijken naar de manieren waarop waterdamp en ijsdeeltjes worden getransporteerd en herverdeeld tussen de seizoensgebonden poolkappen.

Water op Mars werd voor het eerst ontdekt in 1963. Later werd het werd minutieus onderzocht door een breed scala aan ruimtemissies:van de Mariner 9-sonde tot het ExoMars-orbitaalstation. Een van de stations - Mars Express - heeft een Frans-Belgisch-Russische spectrometer genaamd SPICAM aan boord om de atmosfeer van de rode planeet te bestuderen. Met behulp van de verzamelde gegevens, de wetenschappers ontwierpen een Marsatmosfeermodel dat later werd verbeterd en gevalideerd door numerieke simulaties.

Echter, berekeningen komen niet altijd overeen met de feitelijke waarnemingsgegevens. Alle numerieke modellen zijn gebaseerd op het idee van condensatie van water op aerosolen die in de atmosfeer zweven - dit proces ligt ten grondslag aan wolkenvorming. Bijgevolg, modelleringsresultaten zijn sterk afhankelijk van de grootteverdeling van aerosoldeeltjes, waarvan de aard nog niet helemaal duidelijk is. Over het algemeen wordt aangenomen dat deze verdeling slechts één piek heeft. Hoe dan ook, recente waarnemingen hebben aangetoond dat twee pieken in de verspreiding ook mogelijk zijn tijdens bepaalde Marsseizoenen. In dit geval, de verdeling wordt bimodaal genoemd.

Het onderzoeksteam, onder leiding van Alexander Rodin en Paul Hartogh, ontwierp een model van de hydrologische cyclus van de rode planeet op basis van een bimodale grootteverdeling van aerosoldeeltjes. Om dat te doen, de wetenschappers gebruikten een algemeen circulatiemodel van de atmosfeer van Mars, ontwikkeld aan het Max Planck Instituut, die bekend staat als MAOAM, afkorting voor Martian Atmosphere Observation and Modeling. De betrouwbare 3D-simulatie van atmosferische circulatie hielp het team bij het bouwen van een theoretisch model dat een kwalitatieve verklaring biedt voor de faseovergangen van water, evenals de overdracht ervan in de atmosfeer.

De wetenschappers ontdekten dat de waterconcentratie zijn hoogste punt bereikt op de Noordpool wanneer het noordelijk halfrond de zomer ervaart. Naarmate de winter nadert, de dichtheid van dampdeeltjes in de lucht neemt geleidelijk af, wat kan betekenen dat water condenseert en als neerslag op het aardoppervlak valt. De berekeningsresultaten zijn bijna identiek aan de SPICAM-kaart, met kleine verschillen in het geval van perioden met pieken in de atmosferische waterconcentratie.

Bovendien, de wetenschappers gebruikten dezelfde methode om de dichtheid en atmosferische verdeling te berekenen van wolken gevormd door microscopisch kleine ijskristallen. Het bleek dat een groot deel van het ijs zich boven de evenaar bevond op het moment dat de waterdampdichtheid zijn maximum bereikte op de Noordpool, dat wil zeggen, tijdens de noordelijke zomer.

De wetenschappers wijzen erop dat de resultaten verkregen met de bimodale benadering verschillen van die van de berekeningen waarin de grootteverdeling van de deeltjes slechts één piek had. De bimodale modellering bleek nauwkeuriger en in lijn met de experimentele gegevens. Dus, bijvoorbeeld, monomodale berekeningen verlagen de hoogte van ijswolken en wijken af ​​van de resultaten van waarnemingen tijdens de seizoenen waarin de waterdampdichtheid zijn maximum bereikt.

Terug in 2014, MIPT-wetenschappers bestudeerden de verdeling van waterdamp in de atmosfeer van de rode planeet met behulp van de gegevens verzameld door de SPICAM-spectrometer. Vooral, ze merkten op dat de dampconcentraties gedurende het jaar varieerden. Later, de onderzoekers lanceerden een website gewijd aan onderzoek naar de atmosfeer op Mars.