Перепрограммировать аппарат, обращающийся вокруг Марса? Измерить скорость ветра с помощью инструмента, для этого не предназначенного? Заставить этот прибор двигаться как дворники автомобиля? И в итоге собрать о Красной планете сведения, которых мало и о Земле? Космические инженеры сделали именно это. Результатом их работы стала глобальная карта ветров в верхних слоях атмосферы Марса.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science.
Напомним, что аппарат MAVEN был запущен в 2013 году. Его основная цель – изучение марсианской атмосферы. Небольшой участок его орбиты пролегает всего в 150 километрах над поверхностью планеты. Поэтому на каждом витке зонд погружается в верхние слои газовой оболочки Марса. Кроме того, несколько раз аппарат опускался до высоты 120 километров.
Отметим, что и на Земле формальной границей атмосферы считается отметка в 100 километров. А уж на Красной планете, где атмосферное давление составляет примерно 1% от земного, на такой высоте совсем уж мало газа.
Но "мало" не означает "нет". По сравнению с вакуумом глубокого космоса это очень даже плотная среда, и в ней дуют ветры. Эти ветры и заинтересовали первого автора статьи Мехди Бенну (Mehdi Benna) из NASA и его коллег.
Ещё в 2016 году они предложили команде проекта MAVEN дистанционно перепрограммировать аппарат. Задумка была в том, чтобы нестандартно использовать прибор NGIMS. В норме он предназначен для измерения концентрации ионов и изотопного состава атмосферы. Однако исследователи рассчитали, что с его помощью можно измерить скорость ветра. Для этого нужно было позволить устройству перемещаться вперёд и назад, как дворник на лобовом стекле автомобиля.
Учёным пришлось проявить немалую настойчивость и выполнить целую гору предварительных расчётов, чтобы убедить экспертов, что такая инициатива безопасна для зонда.
"Это умный реинжиниринг управления космическим кораблём и прибором в полёте, – говорит Бенна. – И выполнив оба действия – космический корабль делал то, для чего он не был предназначен, и прибор делал то, для чего он не был предназначен – мы сделали измерения [силы] ветра возможными".
Исследование авторов основано на данных, собранных на высотах от 120 до 300 километров. Измерения проводились дважды в месяц с 2016 по 2018 год.
"Приятно то, что картина, которую мы наблюдали в верхних слоях атмосферы, в целом совпадает с той, которую можно было бы спрогнозировать на основе моделей, – признаётся Бенна. – Физика работает".
В частности, подтвердилось, что усреднённая по времени картина атмосферной циркуляции на Красной планете очень стабильна. Большие массы газа переносятся по одним и тем же траекториям.
В то же время направление ветра в каждый конкретный момент предугадать невозможно, потому что на небольших масштабах времени оно хаотично меняется. Планетологам ещё предстоит понять, как такая долговременная стабильность уживается с сиюминутным непостоянством.
Ещё одним сюрпризом стал тот факт, что ветер на такой высоте всё ещё содержит следы взаимодействия с формами рельефа поверхности. Столкновение со склонами порождает в потоках газа особые механические волны.
"На Земле мы видим такие же волны, но не на таких больших высотах. Было большим сюрпризом, что они могут достигать высоты в 280 километров", – рассказывает Бенна.
Специалист полагает, что здесь может играть роль как низкая плотность марсианской атмосферы, так и огромная высота местных гор (до 20 километров).
Авторы подчёркивают, что данные о циркуляции в верхней атмосфере в дефиците даже для Земли. Это редчайший случай, когда астрономы могут помочь специалистам по нашей планете, а не наоборот.
К слову, исследователи не впервые проявляют находчивость, заставляя космические зонды работать за пределами заложенного проектировщиками. Ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о каталоге марсианских облаков, созданном с помощью вспомогательной камеры. Мы рассказывали также, как сделать из марсохода гравиметр и найти на нём новый химический анализатор.
