Исследование распределения водяного пара в атмосфере Марса.

Федорова А.А., Кораблев О.И., Трохимовский А.Ю., Родин А.В.

Аннотация

СПИКАМ ИК – акустооптический спектрометр на КА Марс-Экспресс, работающий в диапазоне 1-1.7 мкм с разрешением ~2000. Основной научной задачей СПИКАМ является измерение водяного пара в атмосфере Марса, малой составляющей, играющей важную роль в климате планеты. Прибор позволяет измерять как вертикальное распределение водяного пара, так и интегральное содержания при наблюдениях в надир.

Первая публикация посвящена анализу данных солнечных затмений, позволяющих провести вертикальное просвечивание атмосферы планеты. За два марсианских года наблюдений (с 2004 по 2007 г.) было выполнено около 350 наблюдений. Спектральный диапазон СПИКАМ позволяет проводить одновременные наблюдения атмосферной плотности и содержания водяного пара по газовым полосам поглощения, а также восстанавливать свойства и распределения аэрозолей с высотой. В работе был проведен анализ 24 орбит, полученных в ноябре-декабре 2007 года (Ls=130-160, конец лета в северном полушарии Марса). Несмотря на небольшой объем обработанных данных, было найдено большее относительное содержание воды, по сравнению с предсказаниями моделей общей циркуляции Марса, что говорит о более теплых условиях на 5-10 К на высотах от 20 до 45 км, чем предсказывает модель. Это первые вертикальные профили водяного пара, полученные в атмосфере Марса, после результатов эксперимента Огюст на КА Фобос 2 (1989). Кроме того, были обнаружены облака на высотах 50-60 км в узком диапазоне широт от 320 до 50 градусов восточной долготы на Марсе, что свидетельствует о волновой активности в свободной атмосфере. Оптические толщины таких облаков не превышают 0.001 на 1 мкм, а численная плотность достигает 10 частиц в см³.

Вторая публикация посвящена коррекции старых измерений содержания H2O по данным прибора MAWD на КА Викинг 1 и 2. Анализ данных СПИКАМ показал значительные различия в спектроскопических параметрах линий и числе самих линий в полосе 1.38 мкм между HITRAN2000 и 2004, что могло оказать влияние на результаты, предыдущих миссий, анализ которых проводился много лет назад. В результате параллельно с работой по СПИКАМ ИК был выполнен повторный анализ данных эксперимента MAWD (Mars Atmospheric Water Detector) на КА Викинг 1 и 2. Получены новые карты распределения водяного пара по данным MAWD с учетом новой спектроскопии и климатологии современной модели общей циркуляции (статья отослана в журнал). В результате абсолютные значения содержания водяного пара уменьшились в 2 раза. Северный полярных максимум составляет около 50 осаж.мкм. Сравнение распределения водяного пара по данным MAWD и СПИКАМ показал согласие водяного цикла для наблюдений, проведенных 30 лет назад (MY12-14) и наблюдений проводимых с 2004 г. (MY27-29). Это указывает на отсутствие глобальных межгодовых вариаций за последние тридцать лет. Незначительные сезонные межгодовые вариации, особенно летом в южном полушарии объясняются как реальными различиями в содержание воды в атмосфере, так и вкладом рассеяния в перенос излучения, и обусловлены влиянием пылевой активности на климат Марса. В тоже время сравнение наблюдений по полосе 1.38 мкм с данными TES по тепловой полосе 20-40 мкм показало систематические расхождения для всех сезонов, что говорит о возможной неопределенности спектроскопических параметров как в ИК-диапазоне, которые могут привести к систематическим ошибкам в интерпретации результатов наблюдений.

Fedorova, A.; Korablev, O.; Bertaux, J.-L.; Rodin, A.; Montmessin, F.; Belyaev, D.; Reberac, A. Solar Infrared Occultations by the Spicam Experiment on Mars-Express: Simultaneous Observations of H₂O, CO₂ and Aerosol Vertical Distribution. Icarus, Volume 200, Issue 1, March 2009, Pages 96-117, doi:10.1016/j.icarus.2008.11.006.

Fedorova A.A., Trokhimovsly A.Yu., Korablev O., Montmessin F., Viking observation of water vapor on Mars: revision from up-to-date spectroscopy and atmospheric models, Icarus, Volume 208, Issue 1, p. 156-164, 2010.