Une équipe de chercheurs du MIPT et leurs collègues allemands et japonais ont conçu un modèle numérique du cycle annuel de l'eau dans l'atmosphère martienne. Précédemment, les scientifiques ont concentré leurs recherches sur des particules de poussière en suspension dans l'air relativement grosses qui servent de noyaux de condensation d'eau sur Mars. Dans cette étude, l'équipe MIPT a étendu l'analyse pour inclure des particules plus petites qui sont plus insaisissables. Par conséquent, les calculs se sont avérés plus précis et cohérents avec les données obtenues des orbiteurs martiens. Le document a été publié dans le Journal of Geophysical Research :Planètes .

Alexandre Rodin, le responsable du Laboratoire de Spectroscopie Infrarouge Appliquée du MIPT, commentaires :"Notre modèle décrit les mouvements 3D des masses d'air sur Mars, transfert de rayonnement solaire et infrarouge, transitions de phase de l'eau, et la microphysique des nuages ​​martiens, qui est essentiel à la circulation hydrologique de la planète."

Il n'y a pas beaucoup d'eau sur la planète rouge, surtout dans son atmosphère froide raréfiée. Si nous devions collecter toute l'eau atmosphérique et la répartir uniformément sur la surface de la planète, la couche n'aurait que 20 microns d'épaisseur. Bien que l'eau soit présente sur Mars en si faible concentration, il a un impact majeur sur le climat de la planète. Par exemple, les nuages ​​se dispersent et réémettent un rayonnement infrarouge incident, et la glace condensée sur les particules d'aérosol élimine la poussière de l'atmosphère. C'est pourquoi, afin de mieux comprendre les processus qui se déroulent sur Mars, il est important de se pencher sur les manières dont la vapeur d'eau et les particules de glace sont transportées et redistribuées entre les calottes polaires saisonnières.

L'eau sur Mars a été détectée pour la première fois en 1963. Plus tard, il a été minutieusement examiné par un large éventail de missions spatiales :de la sonde Mariner 9 à la station orbitale ExoMars. L'une des stations, Mars Express, embarque un spectromètre franco-belgo-russe appelé SPICAM pour étudier l'atmosphère de la planète rouge. En utilisant les données collectées, les scientifiques ont conçu un modèle d'atmosphère martienne qui a ensuite été amélioré et validé par des simulations numériques.

Cependant, les calculs ne correspondent pas toujours aux données d'observation réelles. Tous les modèles numériques sont basés sur la notion d'eau se condensant sur des aérosols en suspension dans l'atmosphère – ce processus est à la base de la formation des nuages. Par conséquent, les résultats de la modélisation dépendent fortement de la distribution granulométrique des particules d'aérosol, dont la nature n'est pas encore tout à fait claire. Cette distribution est généralement considérée comme n'ayant qu'un seul pic. Néanmoins, des observations récentes ont montré que deux pics de distribution sont également possibles au cours de certaines saisons martiennes. Dans ce cas, la distribution est dite bimodale.

L'équipe de recherche, dirigé par Alexander Rodin et Paul Hartogh, a conçu un modèle du cycle hydrologique de la planète rouge basé sur une distribution bimodale de la taille des particules d'aérosol. Pour faire ça, les scientifiques ont utilisé un modèle de circulation générale de l'atmosphère martienne développé à l'Institut Max Planck, qui est connu sous le nom de MAOAM, abréviation de Martian Atmosphere Observation and Modeling. La simulation 3D fiable de la circulation atmosphérique a aidé l'équipe à construire un modèle théorique fournissant une explication qualitative des transitions de phase de l'eau, ainsi que son transfert dans l'atmosphère.

Les scientifiques ont découvert que la concentration en eau atteint son maximum au pôle Nord lorsque l'hémisphère nord connaît l'été. A l'approche de l'hiver, la densité des particules de vapeur en suspension dans l'air diminue progressivement, ce qui peut signifier que l'eau se condense et tombe à la surface de la planète sous forme de précipitations. Les résultats des calculs sont quasiment identiques à la carte SPICAM, avec des différences mineures dans le cas des périodes de pics de concentration atmosphérique en eau.

De plus, les scientifiques ont utilisé la même méthode pour calculer la densité et la distribution atmosphérique des nuages ​​formés par des cristaux de glace microscopiques. Il s'est avéré qu'une grande partie de la glace était située au-dessus de l'équateur précisément au moment où la densité de vapeur d'eau atteignait son maximum au pôle Nord, c'est-à-dire pendant l'été nordique.

Les scientifiques soulignent que les résultats obtenus en utilisant l'approche bimodale diffèrent de ceux des calculs dans lesquels la distribution granulométrique des particules n'avait qu'un seul pic. La modélisation bimodale s'est avérée plus précise et conforme aux données expérimentales. Ainsi, par exemple, les calculs monomodaux abaissent l'altitude des nuages ​​de glace et s'écartent des résultats des observations au cours des saisons où la densité de vapeur d'eau atteint son maximum.

De retour en 2014, Les scientifiques du MIPT ont étudié la répartition de la vapeur d'eau dans l'atmosphère de la planète rouge à l'aide des données recueillies par le spectromètre SPICAM. En particulier, ils ont observé que les concentrations de vapeur variaient au cours de l'année. Plus tard, les chercheurs ont lancé un site Web dédié à la recherche sur l'atmosphère martienne.