Un team di ricercatori del MIPT ei loro colleghi tedeschi e giapponesi hanno progettato un modello numerico del ciclo annuale dell'acqua nell'atmosfera marziana. In precedenza, gli scienziati hanno concentrato la loro ricerca su particelle di polvere aerodisperse relativamente grandi che fungono da nuclei di condensazione dell'acqua su Marte. In questo studio, il team del MIPT ha ampliato l'analisi per includere particelle più piccole che sono più sfuggenti. Di conseguenza, i calcoli si sono rivelati più accurati e coerenti con i dati ottenuti dagli orbiter marziani. Il documento è stato pubblicato nel Journal of Geophysical Research:Planets .

Alessandro Rodin, il capo del Laboratorio di Spettroscopia Infrarossa Applicata al MIPT, commenta:"Il nostro modello descrive i moti 3D delle masse d'aria su Marte, trasferimento della radiazione solare e infrarossa, transizioni di fase dell'acqua, e la microfisica delle nuvole marziane, che è fondamentale per la circolazione idrologica del pianeta."

Non c'è molta acqua sul pianeta rosso, soprattutto nella sua atmosfera fredda e rarefatta. Se dovessimo raccogliere tutta l'acqua atmosferica e distribuirla uniformemente sulla superficie del pianeta, lo strato sarebbe spesso solo 20 micron. Sebbene l'acqua sia presente su Marte in una concentrazione così bassa, ha un forte impatto sul clima del pianeta. Ad esempio, le nuvole disperdono e riemettono radiazione infrarossa incidente, e il ghiaccio condensato sulle particelle di aerosol rimuove la polvere dall'atmosfera. È per questo, per comprendere meglio i processi che avvengono su Marte, è importante esaminare i modi in cui il vapore acqueo e le particelle di ghiaccio vengono trasportati e ridistribuiti tra le calotte polari stagionali.

L'acqua su Marte è stata rilevata per la prima volta nel 1963. Successivamente, è stato meticolosamente esaminato da una vasta gamma di missioni spaziali:dalla sonda Mariner 9 alla stazione orbitale ExoMars. Una delle stazioni, Mars Express, ha a bordo uno spettrometro franco-belga-russo chiamato SPICAM per studiare l'atmosfera del pianeta rosso. Utilizzando i dati raccolti, gli scienziati hanno progettato un modello dell'atmosfera marziana che è stato successivamente migliorato e convalidato da simulazioni numeriche.

Però, i calcoli non sempre corrispondono ai dati osservativi effettivi. Tutti i modelli numerici si basano sulla nozione di condensazione dell'acqua su aerosol sospesi nell'atmosfera:questo processo è alla base della formazione delle nubi. Di conseguenza, i risultati della modellazione dipendono molto dalla distribuzione dimensionale delle particelle di aerosol, la cui natura non è ancora del tutto chiara. Questa distribuzione è generalmente considerata avere un solo picco. Tuttavia, recenti osservazioni hanno mostrato che due picchi nella distribuzione sono possibili anche durante alcune stagioni marziane. In questo caso, la distribuzione è detta bimodale.

Il gruppo di ricerca, guidato da Alexander Rodin e Paul Hartogh, ha progettato un modello del ciclo idrologico del pianeta rosso basato su una distribuzione bimodale delle dimensioni delle particelle di aerosol. Fare quello, gli scienziati hanno utilizzato un modello di circolazione generale dell'atmosfera marziana sviluppato al Max Planck Institute, che è noto come MAOAM, abbreviazione di Martian Atmosphere Observation and Modeling. L'affidabile simulazione 3D della circolazione atmosferica ha aiutato il team a costruire un modello teorico che fornisce una spiegazione qualitativa delle transizioni di fase dell'acqua, così come il suo trasferimento nell'atmosfera.

Gli scienziati hanno scoperto che la concentrazione di acqua raggiunge il suo massimo al Polo Nord quando l'emisfero settentrionale vive l'estate. Con l'avvicinarsi dell'inverno, la densità delle particelle di vapore nell'aria diminuisce gradualmente, il che può significare che l'acqua si condensa e cade sulla superficie del pianeta come precipitazione. I risultati del calcolo sono quasi identici alla mappa SPICAM, con lievi differenze nel caso di periodi in cui la concentrazione atmosferica dell'acqua raggiunge picchi.

Inoltre, gli scienziati hanno utilizzato lo stesso metodo per calcolare la densità e la distribuzione atmosferica delle nuvole formate da microscopici cristalli di ghiaccio. Si è scoperto che la maggior parte del ghiaccio si trovava sopra l'equatore proprio nel momento in cui la densità del vapore acqueo raggiungeva il suo massimo al Polo Nord, cioè durante l'estate settentrionale.

Gli scienziati sottolineano che i risultati ottenuti utilizzando l'approccio bimodale differiscono da quelli dei calcoli in cui la distribuzione dimensionale delle particelle aveva un solo picco. La modellazione bimodale si è rivelata più accurata e in linea con i dati sperimentali. Così, Per esempio, i calcoli monomodali abbassano l'altitudine delle nuvole di ghiaccio e divergono dai risultati delle osservazioni durante le stagioni in cui la densità del vapore acqueo raggiunge il suo massimo.

Già nel 2014, Gli scienziati del MIPT hanno studiato la distribuzione del vapore acqueo nell'atmosfera del pianeta rosso utilizzando i dati raccolti dallo spettrometro SPICAM. In particolare, hanno osservato che le concentrazioni di vapore variavano durante l'anno. Dopo, i ricercatori hanno lanciato un sito web dedicato alla ricerca sull'atmosfera marziana.