Пылевой цикл Марса по данным наблюдений солнечных затмений прибором SPICAM IR за 24–34 Марсианские годы

Атмосферный аэрозоль, включающий в себя частицы минеральной пыли и водяного льда, играет важную роль в формировании климата Марса, влияет на атмосферную динамику путем поглощения и рассеяния солнечного излучения. Основным источником пыли является поверхность, с которой частицы поднимаются за счет ветра или пылевых бурь.
Наблюдения солнечных затмений инфракрасным каналом прибора SPICAM на борту аппарата "Марс-Экспресс" проводятся с января 2005 г по май 2017 г и охватывают 27 – 34 марсианские годы. За этот период было выполнено более 1200 наблюдений, по которым восстановлены профили оптической толщины, коэффициента экстинкции, параметров распределения частиц по размерам, концентрации. Сравнение этих характеристик в разные сезоны, годы, в различных широтах помогает изучать пылевой цикл, межгодовые и сезонные вариации. Также период покрывает начало и развитие глобальной пылевой бури 28 марсианского года (лето 2007 г).
ИК канал прибора SPICAM представляет собой инфракрасный спектрометр, работающий на основе акусто-оптического перестраиваемого фильтра. Инструмент выполняет наблюдения в различных режимах: надирные, лимбовые, солнечных затмений. Спектральное разрешение составляет 3,5 – 3 см-1 и постоянно в рабочем диапазоне длин волн (1 – 1,7 мкм). Вертикальное разрешение в ближайшей к поверхности Марса точке в режиме солнечных затмений меняется от 2 до 12 км, что соответствует полю зрения прибора – 4.2 угловых минут.
Для исследования оптических свойств аэрозолей были выбраны 10 длин волн вне полос поглощения атмосферных газов. Если считать, что на них ослабление (экстинкция) обусловлена рассеянием на взвешенных в атмосфере частицах, то этот процесс можно описать теорией Ми. Согласно такому описанию, фактор экстинкции зависит от распределения частиц по размерам. Для каждой высоты в восстановленных профилях была решена обратная задача и найдено это распределение, которое характеризуется эффективным радиусом и эффективной вариацией.
На некоторых профилях существуют выделенные слои с локальным увеличением экстинкции и оптической толщины – их мы можем рассматривать как облака водяного льда, который конденсируется на частицах пыли. По всему объему данных было проведено выделение таких областей. Также была построена карта наблюдаемых значений экстинкции от высоты и широты для разных сезонов марсианского года.
Спектральный диапазон прибора позволяет детектировать частицы от 0,2 до 1,2 мкм. Минимальные значения эффективного радиуса наблюдались в южных полярных широтах во время северной весны и лета (0,2–0,3 мкм). Эффективная вариация распределения там тоже мала (около 0,1 на высотах выше 20 км). Во второй половине года эффективный радиус частиц минеральной пыли, как правило, больше, чем в первой. Во время глобальной пылевой бури значение достигало 1 мкм даже на высотах 60–70 км. Эффективная вариация исследовалась в диапазоне 0,1–0,6, и в разные сезоны в разных широтах были построены типичные профили, показывающие ее зависимость от высоты. Концентрация частиц минеральной пыли варьировалась от 0,5–10 см-1 до 0,03–0,08 см-1.
Д.Б, А.Ф.,О.К. благодарят грант РФФИ 16-52-16011. Жан-Лу Берто благодарит грант Правительства РФ №14.W03.31.0017.