Ett team av forskare från MIPT och deras tyska och japanska kollegor har utformat en numerisk modell av det årliga vattnets kretslopp i Mars atmosfär. Tidigare, forskarna fokuserade sin forskning på relativt stora luftburna dammpartiklar som fungerar som vattenkondensationskärnor på Mars. I den här studien, MIPT-teamet utökade analysen till att omfatta mindre partiklar som är mer svårfångade. Som ett resultat, beräkningarna visade sig vara mer exakta och överensstämmande med data som erhölls från Mars-banor. Tidningen publicerades i Journal of Geophysical Research:Planeter .

Alexander Rodin, chefen för Laboratory of Applied Infrared Spectroscopy vid MIPT, kommenterar:"Vår modell beskriver 3D-rörelserna för luftmassorna på Mars, överföring av sol- och infraröd strålning, fasövergångar av vatten, och mikrofysiken i Mars moln, som är avgörande för planetens hydrologiska cirkulation."

Det finns inte mycket vatten på den röda planeten, speciellt i dess sällsynta kalla atmosfär. Om vi ​​skulle samla allt atmosfäriskt vatten och sprida det jämnt på planetens yta, skiktet skulle vara endast 20 mikron tjockt. Även om vatten finns på Mars i en så låg koncentration, det har stor inverkan på planetens klimat. Till exempel, moln sprider sig och återsänder infallande infraröd strålning, och is kondenserad på aerosolpartiklar tar bort damm från atmosfären. Det är därför, för att få en bättre förståelse för de processer som äger rum på Mars, det är viktigt att undersöka hur vattenånga och ispartiklar transporteras och omfördelas mellan de säsongsbetonade polarna.

Vatten på Mars upptäcktes först så långt tillbaka som 1963. Senare, den undersöktes noggrant av ett brett utbud av rymduppdrag:från Mariner 9-sonden till ExoMars orbitalstation. En av stationerna — Mars Express — har en fransk-belgisk-rysk spektrometer som heter SPICAM ombord för att studera den röda planetens atmosfär. Med hjälp av de insamlade uppgifterna, forskarna designade en Mars-atmosfärsmodell som senare förbättrades och validerades genom numeriska simuleringar.

Dock, beräkningar överensstämmer inte alltid med de faktiska observationsdata. Alla numeriska modeller är baserade på föreställningen om vatten som kondenserar på aerosoler suspenderade i atmosfären - denna process ligger till grund för molnbildning. Följaktligen, modelleringsresultat beror mycket på storleksfördelningen av aerosolpartiklar, vars natur ännu inte är helt klarlagd. Denna fördelning anses generellt ha endast en topp. Ändå, färska observationer har visat att två toppar i utbredningen också är möjliga under vissa årstider på mars. I detta fall, fördelningen kallas bimodal.

Forskargruppen, ledd av Alexander Rodin och Paul Hartogh, designade en modell av den röda planetens hydrologiska cykel baserad på en bimodal storleksfördelning av aerosolpartiklar. Att göra det, forskarna använde en allmän cirkulationsmodell av Mars atmosfär utvecklad vid Max Planck Institute, som är känt som MAOAM, förkortning för Martian Atmosphere Observation and Modeling. Den pålitliga 3D-simuleringen av atmosfärisk cirkulation hjälpte teamet att bygga en teoretisk modell som ger en kvalitativ förklaring av vattenfasövergångar, samt dess överföring i atmosfären.

Forskarna upptäckte att vattenkoncentrationen når sin höga nivå på nordpolen när det norra halvklotet upplever sommar. När vintern närmar sig, densiteten av luftburna ångpartiklar minskar gradvis, vilket kan innebära att vatten kondenserar och faller på planetens yta som nederbörd. Beräkningsresultaten är nästan identiska med SPICAM-kartan, med mindre skillnader när det gäller perioder då atmosfärens vattenkoncentration är som högst.

Dessutom, forskarna använde samma metod för att beräkna densiteten och atmosfärsfördelningen av moln som bildas av mikroskopiska iskristaller. Det visade sig att en stor del av isen var belägen ovanför ekvatorn precis vid den tidpunkt då vattenångdensiteten nådde sitt maximum på Nordpolen – dvs. under norra sommaren.

Forskarna påpekar att resultaten som erhålls med den bimodala metoden skiljer sig från de från beräkningarna där storleksfördelningen av partiklarna endast hade en topp. Den bimodala modelleringen visade sig vara mer exakt och i linje med experimentdata. Således, till exempel, monomodala beräkningar sänker ismolnens höjd och avviker från resultaten av observationer under årstiderna när vattenångdensiteten når sitt maximum.

Tillbaka 2014, MIPT-forskare studerade fördelningen av vattenånga i den röda planetens atmosfär med hjälp av data som samlats in av SPICAM-spektrometern. Särskilt, de observerade att ångkoncentrationerna varierade under året. Senare, forskarna lanserade en webbplats dedikerad till forskning om Mars atmosfär.