Облако длиной 1800 км на Марсе указывает на лёд, возникший без единой пылинки

Каждое утро в течение нескольких месяцев марсианского года белая ледяная полоса длиной до 1800 км — почти вдвое больше длины Великобритании — отрывается от склона вулкана Арсия Монс. Новое исследование показывает, что единственный способ воспроизвести её на компьютере — позволить водяному пару замерзать прямо в кристаллы льда, без единой пылинки для запуска процесса. Физики называют это гомогенной нуклеацией, и до сих пор она существовала лишь в учебниках, а не в каком-либо небе, которое кто-либо наблюдал.

Почти каждое облако на Земле требует затравки. Водяной пар конденсируется на крупинке соли, сажи, пыльцы или пыли, и из неё вырастает капля или кристалл льда. На Марсе затравками, как считается, служит мелкая пыль, висящая в разреженной атмосфере. Вытянутое облако Арсия Монс (Arsia Mons Elongated Cloud) — самое впечатляющее облако на планете — по-видимому, полностью пропускает этот шаг.

Это важно не только для одного странного облака на одной планете. Атмосферные учёные строят модели погоды и климата на Земле и других мирах, исходя из предположения, что облака образуются на частицах. Естественный случай, когда это не так, означает, что у этого предположения есть исключение, и команда утверждает, что исключение может распространяться на самые высокие и холодные облака на Земле и Венере.

«Чтобы воссоздать AMEC в нашей модели, нам пришлось включить некоторую экзотическую физику… физику, которая, хотя и присутствует в учебниках, считается теоретической и обычно не считается происходящей в природе», — сказал Хорхе Эрнандес-Берналь (Jorge Hernández-Bernal) из Laboratoire de Météorologie Dynamique в Париже, руководивший работой. «Ранее её определённо не наблюдали в действии».

Облако, которое формируется на рассвете и движется на запад часами

Арсия Монс — щитовой вулкан высотой около 20 км, самый южный из трёх гигантов, выстроившихся на плато Фарсида. Облако не связано с извержением. Это водяной лёд, и оно формируется примерно в 45 км над поверхностью, на западном склоне вулкана.

Более ранние наблюдения той же группы восстановили его ежедневный цикл. Облако начинает формироваться до рассвета, затем вытягивается на запад примерно на два с половиной часа со скоростью около 170 метров в секунду. Когда рост прекращается, длинный хвост отделяется от вулкана и дрейфует, пока не испарится — до полудня. Цикл повторяется каждое утро в течение примерно 80 дней каждого марсианского года, около южного летнего солнцестояния, в пыльный сезон, когда облака в этих широтах в остальное время редки.

Именно из-за этого времени облако так долго оставалось необъяснённым. Большинство марсианских орбитальных аппаратов пересекают планету во второй половине дня, когда облака уже нет. Mars Express, орбитальный аппарат Европейского космического агентства, и ExoMars Trace Gas Orbiter входят в число немногих аппаратов, способных наблюдать утреннюю сторону.

Как это сделали

Команда из двух атмосферных лабораторий в парижском регионе использовала высокоразрешающую модель погоды Марса, которая объединяет решатель Weather Research and Forecasting (код, созданный для Земли) с физикой Mars Planetary Climate Model. Затем они сравнили её результаты с изображениями с трёх инструментов на Mars Express: Visual Monitoring Camera, High Resolution Stereo Camera и спектрометра OMEGA.

При запуске со стандартной физикой облаков, в которой лёд может образовываться только на пыли, модель не сработала. Она дала правильные ветры, но не длинный острый хвост. Недостающим элементом оказалась сильная горная волна. Когда ветер обтекает Арсия Монс, массив вулкана поднимает порции влажного воздуха на несколько километров за несколько минут. По данным ESA, воздух охлаждается примерно на 30 градусов за десять минут, а относительная влажность поднимается до уровней, более чем в 100 000 раз превышающих показатели повседневной жизни на Земле.

В этот момент воздух содержит так много избыточного пара, что он замерзает сам по себе. Как только исследователи добавили в модель гомогенную ледяную нуклеацию, облако появилось там, где оно есть на Марсе, выросло в хвост, сузилось перед отделением и оторвалось позже утром — очень похоже на реальное. В версии статьи до рецензирования команда подсчитала, что таким образом в самом холодном кармане воздуха образуются сотни ледяных частиц на кубический сантиметр. Этого достаточно, чтобы поглотить избыточный водяной пар, так что хвост остаётся стабильным, пока ветер несёт его на запад.

Почему земные облака так не делают

Физика не нова. Ново то, что её наблюдают в действии. Водяному пару требуется чрезвычайная степень пересыщения, чтобы замёрзнуть без помощи, и на Земле воздух, достигающий этой точки, почти всегда сначала находит частицу. Даже в мезосфере, где самые высокие облака Земли светятся в сумерках, гомогенная нуклеация обсуждалась лишь как теоретическая возможность. То же самое относится к верхней атмосфере Венеры.

Марс предлагает правильное сочетание в одном месте. Атмосфера разрежена и несёт относительно мало пылевых частиц на этой высоте, а Арсия Монс достаточно высока, чтобы вызвать резкий быстрый подъём. «Водяной пар превращается непосредственно в ледяные облачные частицы без какого-либо промежуточного этапа», — сказал Эрнандес-Берналь. «Это похоже на капли конденсации, появляющиеся посреди комнаты, а не на окне».

Колин Уилсон (Colin Wilson), научный сотрудник проекта Mars Express в ESA, сказал, что зонд «обнаружил AMEC, следил за ним и наблюдал его годами, а теперь помогает раскрыть секреты его формирования».

Что это не решает

Доказательство — это модель, совпадающая со снимками, а не измерение образующихся кристаллов льда. Ни один инструмент не отбирал пробы облака, и ни один не смог бы на высоте 45 км над Арсия Монс. Формулировки авторов отражают это: в названии статьи говорится, что гомогенная нуклеация «предполагается» облаками, а в аннотации сказано, что результат «убедительно предполагает», что это происходит на Марсе.

Совпадение также неидеально. Эрнандес-Берналь признаёт, что некоторые аспекты смоделированного облака не совсем соответствуют наблюдениям. В версии статьи, опубликованной до рецензирования, смоделированное облако было на 30–50% уже реального, начиналось примерно на полтора часа позже и достигало лишь около четверти наблюдаемой длины перед отделением. Окончательный рецензированный текст пока не доступен свободно, и авторы говорят, что он включает дальнейший анализ.

Сильнейшая альтернатива — популяция очень мелкой пыли, частиц размером менее 100 нанометров. Никто не измерял, сколько её парит над Арсия Монс в этот сезон. Команда проверила это и обнаружила, что такая более мелкая пыль даёт широкие диффузные дымки, а не острый яркий хвост, который видит камера высокого разрешения Mars Express. Однако без прямых данных эта альтернатива ослаблена, но не исключена.

Часто задаваемые вопросы об облаке Арсия Монс

Что такое Вытянутое облако Арсия Монс?

Это водяное ледяное облако, которое образуется каждое утро на западной стороне Арсия Монс, вулкана высотой 20 км на Марсе. Оно может вытягиваться до 1800 км и повторяется ежедневно в течение примерно 80 дней каждого марсианского года, около южного летнего солнцестояния.

Является ли длинное облако на Марсе вулканическим извержением?

Нет. Когда изображения облака широко распространились, многие приняли его за шлейф, но Арсия Монс не извергается. Облако состоит из водяного льда и формируется ветрами, обтекающими вулкан.

Что такое гомогенная нуклеация?

Это образование льда или капель непосредственно из пара, без пылинки или другой частицы для начала. Для этого требуется чрезвычайное пересыщение, поэтому в реальном воздухе это редко возможно. Данное исследование — первый убедительный случай её возникновения в планетарной атмосфере.

Образуются ли облака на Земле таким образом?

Почти все они образуются на частицах, таких как пыль, соль или сажа. Учёные предполагали, что некоторые из самых высоких облаков в земной мезосфере могут образовываться без них, но никто этого не наблюдал. Результат с Марса даёт исследователям повод взглянуть снова.

Что дальше

Исследование появилось в Nature Geoscience 7 октября 2026 года. Облако возвращается каждый марсианский год во время южной весны и лета, и Mars Express и ExoMars Trace Gas Orbiter остаются в числе немногих аппаратов, способных наблюдать его на рассвете. Команда говорит, что следующая работа проверит, уникальна ли гомогенная нуклеация для Арсия Монс или происходит в других марсианских облаках, и играет ли она какую-либо роль в глобальном водном цикле планеты.

Ссылка: Hernández-Bernal et al., «Homogeneous ice nucleation from water vapour suggested by elongated clouds on Mars,» Nature Geoscience, 2026. DOI: 10.1038/s41561-026-02089-9

Теги: астрономия, esa, Марс, Arsia Mons, Mars Express, атмосферы планет