Un equipo de investigadores del MIPT y sus colegas alemanes y japoneses han diseñado un modelo numérico del ciclo anual del agua en la atmósfera marciana. Previamente, los científicos centraron su investigación en partículas de polvo relativamente grandes en el aire que sirven como núcleos de condensación de agua en Marte. En este estudio, el equipo de MIPT amplió el análisis para incluir partículas más pequeñas que son más esquivas. Como resultado, los cálculos resultaron ser más precisos y consistentes con los datos obtenidos de los orbitadores de Marte. El artículo fue publicado en Journal of Geophysical Research:planetas .

Alexander Rodin, el jefe del Laboratorio de Espectroscopía Infrarroja Aplicada del MIPT, comenta:"Nuestro modelo describe los movimientos tridimensionales de las masas de aire en Marte, transferencia de radiación solar e infrarroja, transiciones de fase del agua, y la microfísica de las nubes marcianas, que es fundamental para la circulación hidrológica del planeta ".

No hay mucha agua en el planeta rojo, especialmente en su atmósfera fría enrarecida. Si tuviéramos que recolectar toda el agua atmosférica y esparcirla uniformemente en la superficie del planeta, la capa tendría sólo 20 micrones de espesor. Aunque el agua está presente en Marte en una concentración tan baja, tiene un gran impacto en el clima del planeta. Por ejemplo, las nubes se dispersan y reemiten radiación infrarroja incidente, y el hielo condensado en partículas de aerosol elimina el polvo de la atmósfera. Es por eso que, para comprender mejor los procesos que tienen lugar en Marte, Es importante estudiar las formas en que el vapor de agua y las partículas de hielo se transportan y se redistribuyen entre los casquetes polares estacionales.

El agua en Marte se detectó por primera vez en 1963. Más tarde, fue examinado meticulosamente por una amplia gama de misiones espaciales:desde la sonda Mariner 9 hasta la estación orbital ExoMars. Una de las estaciones, Mars Express, tiene a bordo un espectrómetro franco-belga-ruso llamado SPICAM para estudiar la atmósfera del planeta rojo. Usando los datos recopilados, los científicos diseñaron un modelo de atmósfera marciana que luego fue mejorado y validado mediante simulaciones numéricas.

Sin embargo, los cálculos no siempre corresponden a los datos de observación reales. Todos los modelos numéricos se basan en la noción de que el agua se condensa en aerosoles suspendidos en la atmósfera; este proceso es la base de la formación de nubes. Como consecuencia, Los resultados del modelado dependen en gran medida de la distribución del tamaño de las partículas de aerosol, cuya naturaleza aún no está del todo clara. Generalmente se considera que esta distribución tiene un solo pico. Sin embargo, Observaciones recientes han demostrado que también son posibles dos picos en la distribución durante ciertas estaciones marcianas. En este caso, la distribución se llama bimodal.

El equipo de investigación dirigido por Alexander Rodin y Paul Hartogh, diseñó un modelo del ciclo hidrológico del planeta rojo basado en una distribución de tamaño bimodal de partículas de aerosol. Para hacer eso, los científicos utilizaron un modelo de circulación general de la atmósfera marciana desarrollado en el Instituto Max Planck, que se conoce como MAOAM, abreviatura de Observación y modelado de la atmósfera marciana. La confiable simulación en 3-D de la circulación atmosférica ayudó al equipo a construir un modelo teórico que proporciona una explicación cualitativa de las transiciones de fase del agua. así como su transferencia en la atmósfera.

Los científicos descubrieron que la concentración de agua alcanza su punto más alto en el Polo Norte cuando el hemisferio norte experimenta el verano. A medida que se acerca el invierno, la densidad de las partículas de vapor en el aire disminuye gradualmente, lo que puede significar que el agua se condensa y cae sobre la superficie del planeta en forma de precipitación. Los resultados del cálculo son casi idénticos al mapa SPICAM, con pequeñas diferencias en el caso de períodos en los que la concentración de agua atmosférica alcanza su punto máximo.

Es más, los científicos utilizaron el mismo método para calcular la densidad y distribución atmosférica de las nubes formadas por cristales de hielo microscópicos. Resultó que una gran parte del hielo se encontraba por encima del ecuador precisamente en el momento en que la densidad del vapor de agua alcanzó su máximo en el Polo Norte, es decir, durante el verano del norte.

Los científicos señalan que los resultados obtenidos mediante el enfoque bimodal difieren de los de los cálculos en los que la distribución de tamaño de las partículas tenía un solo pico. El modelo bimodal demostró ser más preciso y estar en consonancia con los datos experimentales. Por lo tanto, por ejemplo, Los cálculos monomodales reducen la altitud de las nubes de hielo y difieren de los resultados de las observaciones durante las estaciones en las que la densidad del vapor de agua alcanza su máximo.

En 2014, Los científicos del MIPT estudiaron la distribución del vapor de agua en la atmósfera del planeta rojo utilizando los datos recopilados por el espectrómetro SPICAM. En particular, observaron que las concentraciones de vapor variaban durante el año. Más tarde, los investigadores lanzaron un sitio web dedicado a la investigación de la atmósfera marciana.