Планетологи получили один из самых подробных наборов температурных карт Марса за всю историю исследований Красной планеты. Международная группа ученых разработала новую систему объединения данных сразу с нескольких космических аппаратов, что позволило создать высокодетализированные карты температуры поверхности Марса с беспрецедентной точностью.
Новая методика использует технологию data fusion — «слияния данных». Исследователи объединили наблюдения различных орбитальных инструментов NASA и других миссий, чтобы получить единую температурную модель поверхности планеты.
Результаты важны не только для фундаментальной науки. Подобные карты напрямую влияют на:
- планирование будущих посадок;
- создание марсианских баз;
- проектирование роверов и дронов;
- оценку климатических процессов;
- поиск воды и льда;
- анализ пылевых бурь.
Фактически ученые создают все более точную «климатическую систему наблюдения» Марса.
Почему температура Марса настолько важна
Температура поверхности Марса влияет практически на все процессы на планете.
От нее зависят:
- движение атмосферы;
- образование пылевых бурь;
- циркуляция углекислого газа;
- стабильность водяного льда;
- работа посадочных аппаратов;
- долговечность техники.
Марс обладает крайне нестабильным климатом по земным меркам.
Средняя температура поверхности составляет около −63 °C, однако реальные значения сильно меняются в зависимости от:
- времени суток;
- сезона;
- высоты местности;
- содержания пыли в атмосфере;
- широты;
- рельефа.
На экваторе днем температура может подниматься выше 20 °C, а ночью опускаться ниже −70 °C.
В полярных регионах условия еще суровее.
В чем проблема существующих температурных карт
До сих пор ученые сталкивались с серьезной проблемой: разные орбитальные аппараты наблюдают Марс с разным разрешением, в разное время и в разных диапазонах спектра.
Например:
- одни инструменты дают очень точные данные, но покрывают небольшие области;
- другие видят всю планету, но с меньшей детализацией;
- некоторые работают только днем;
- другие лучше наблюдают ночную поверхность.
В результате исследователи долгое время были вынуждены использовать фрагментированные наборы данных.
Новая работа попыталась решить именно эту проблему.
Что такое data fusion
Data fusion — это метод объединения информации из разных источников в единую модель.
Подобные технологии активно используются:
- в климатологии Земли;
- спутниковой разведке;
- автономных автомобилях;
- робототехнике;
- медицинской визуализации.
В случае Марса ученые объединили данные сразу нескольких приборов дистанционного зондирования.
Это позволило компенсировать недостатки отдельных инструментов.
Одни данные обеспечивают высокое пространственное разрешение, другие — высокую временную точность, третьи — глобальное покрытие планеты.
После объединения возникает гораздо более полная картина температурной динамики Марса.
Какие аппараты использовались
В исследовании применялись данные сразу нескольких орбитальных миссий.
Ключевую роль сыграли:
- Mars Reconnaissance Orbiter;
- Mars Odyssey;
- Thermal Emission Imaging System (THEMIS);
- Mars Climate Sounder и другие инструменты.
Особенно важным оказался инструмент THEMIS на борту Mars Odyssey.
Он уже более двадцати лет изучает тепловое излучение поверхности Марса в инфракрасном диапазоне.
THEMIS способен определять температуру грунта и различать особенности поверхности по тепловым характеристикам.
Ученые получили «HD-карту» Марса
Авторы исследования сравнивают новую модель с переходом от обычного изображения к HD-формату.
После объединения данных удалось получить намного более детализированные температурные структуры:
- кратеров;
- дюн;
- вулканических областей;
- пылевых отложений;
- скалистых участков;
- ледяных регионов.
Некоторые мелкие температурные особенности ранее вообще не удавалось увидеть.
Теперь ученые могут наблюдать изменения температуры практически в масштабе отдельных геологических структур.
Почему тепловые карты помогают изучать грунт
Температура поверхности напрямую связана со свойствами марсианского грунта.
Например:
- рыхлая пыль быстро нагревается и быстро остывает;
- твердые скалы удерживают тепло дольше;
- ледяные участки имеют особые тепловые сигнатуры;
- песчаные дюны реагируют иначе, чем вулканические породы.
Анализ температурных колебаний позволяет ученым оценивать:
- состав поверхности;
- размер частиц грунта;
- наличие скрытого льда;
- плотность материала;
- геологическую историю региона.
Фактически температура становится инструментом дистанционной геологии.
Карты помогут искать воду на Марсе
Одним из важнейших направлений остается поиск водяного льда.
Хотя жидкая вода на поверхности современного Марса нестабильна, огромные запасы льда существуют:
- в полярных шапках;
- под поверхностью;
- в отдельных средних широтах.
Температурные карты позволяют обнаруживать области, где свойства грунта указывают на возможное присутствие льда.
Это особенно важно для будущих пилотируемых миссий.
Лед может использоваться:
- как источник воды;
- для производства кислорода;
- для получения водорода и топлива;
- в системах жизнеобеспечения.
По сути, поиск льда является одним из ключевых условий долгосрочного присутствия человека на Марсе.
Температурные данные важны для посадки аппаратов
Новые карты также помогут NASA и другим космическим агентствам выбирать места посадки.
Температура влияет на:
- работу электроники;
- аккумуляторы;
- солнечные панели;
- механические системы;
- термозащиту аппаратов.
Кроме того, температурные различия влияют на плотность атмосферы, а значит — и на аэродинамику посадки.
Даже небольшие ошибки в расчетах могут стать критическими.
Особенно это важно для тяжелых пилотируемых посадочных модулей будущего.
Пылевые бури Марса связаны с температурой
Марс известен своими гигантскими пылевыми бурями.
Некоторые из них способны охватывать практически всю планету.
Температурные различия между регионами играют важную роль в формировании атмосферной циркуляции и движении пыли.
Более точные карты помогут:
- моделировать движение атмосферы;
- прогнозировать сезонные изменения;
- понимать источники пыли;
- изучать энергетический баланс планеты.
Это особенно важно после глобальной пылевой бури 2018 года, которая привела к завершению миссии марсохода Opportunity.
Марс остается климатически активной планетой
Хотя Марс выглядит мертвым миром, его климатическая система продолжает активно работать.
На планете происходят:
- сезонные изменения полярных шапок;
- перемещение песчаных дюн;
- пылевые вихри;
- атмосферные волны;
- циклы замерзания углекислого газа.
Новые температурные модели позволяют изучать эти процессы намного точнее.
Исследователи смогут наблюдать, как разные области Марса реагируют на смену сезонов и глобальные климатические циклы.
Это важно для будущих марсианских баз
В перспективе высокоточные температурные карты могут использоваться при проектировании человеческих поселений.
Для базы на Марсе критически важны:
- температурная стабильность;
- доступ к ресурсам;
- минимальные риски пылевых бурь;
- удобство энергетического снабжения.
Даже небольшие различия температур могут влиять на энергопотребление баз и долговечность оборудования.
Кроме того, тепловые карты помогают оценивать подповерхностные свойства грунта — важный фактор для строительства.
NASA постепенно создает цифровую модель всей планеты
Современные орбитальные миссии фактически формируют полноценной цифровой двойник Марса.
Сегодня ученые уже имеют:
- детальные карты высот;
- минералогические карты;
- климатические модели;
- карты подземного льда;
- данные о составе атмосферы;
- тепловые модели поверхности.
Новая система объединения данных делает эту модель еще более точной.
По мере накопления информации исследователи смогут отслеживать долгосрочные изменения марсианского климата почти в реальном времени.
Почему Марс изучают настолько подробно
Марс остается главной целью планетологии по нескольким причинам.
Это единственная планета Солнечной системы, где:
- когда-то существовали реки и озера;
- были условия для жидкой воды;
- потенциально могла существовать микробная жизнь;
- возможно будущее присутствие человека.
Кроме того, Марс относительно доступен для космических миссий.
За последние десятилетия человечество отправило туда десятки аппаратов:
- орбитальные станции;
- посадочные платформы;
- марсоходы;
- вертолет Ingenuity.
Каждая новая миссия делает понимание планеты более детальным.
Следующий этап — почти непрерывное наблюдение Марса
Авторы исследования считают, что технологии data fusion станут стандартом для будущих миссий.
В перспективе ученые хотят создать практически непрерывную систему климатического мониторинга Марса, аналогичную современным системам наблюдения за Землей.
Это позволит:
- отслеживать погоду в реальном времени;
- прогнозировать пылевые бури;
- наблюдать сезонные изменения;
- анализировать динамику льда и атмосферы.
Фактически Марс постепенно превращается в наиболее подробно изученную планету после Земли.
И новые высокодетализированные температурные карты стали еще одним шагом к созданию полноценной научной модели Красной планеты.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
