Модель общей циркуляции Марса
 | Эта статья фокусируется только на одном специализированном аспекте предмета . ( август 2021 г. ) |
Модель общей циркуляции Марса является результатом исследовательского проекта НАСА, целью которого было понять природу общей циркуляции атмосферы Марса , как осуществляется эта циркуляция и как она влияет на климат Марса в долгосрочной перспективе.
Как это работает
[ редактировать ]Эта модель климата Марса представляет собой сложную трехмерную (высота, широта, долгота) модель, которая отражает процессы нагрева атмосферы газами и теплопередачи между землей и воздухом, а также крупномасштабные атмосферные движения. [1] В модели также используются геофизические границы, полученные по данным наблюдений космических аппаратов. Эти границы могут включать топографию Марса, альбедо или тепловую инерцию. [2] Решая динамику и физику модели, можно оценить общее понимание процессов на планете. [3]
Текущая модель не была модифицирована для использования с распределенными вычислительными системами, такими как BOINC .
История
[ редактировать ]Первая попытка создания модели общей циркуляции Марса была создана Леови и Минцем, которые использовали модель Земли и адаптировали ее к марсианским условиям. Эта предварительная модель имела возможность предсказывать атмосферную конденсацию углекислого газа и присутствие переходных бароклинных волн в зимних широтах. [4] После этого Исследовательский центр Эймса НАСА начал добавлять больше данных, чтобы улучшить модель и получить более глубокое представление о марсианской погоде и климате. Модели моделирования марсианского климата появились еще во времена миссий «Викингов» на Марс . Большинство моделей климата Марса были написаны отдельными исследователями и никогда не использовались повторно или не выкладывались в открытый доступ. К 1990-м годам возникла необходимость в единой кодовой базе моделей из-за общего влияния Интернета на моделирование и исследования климата. Эта текущая модель моделирования климата Марса берет свое начало в эпоху Интернета. В 2007 году Джефф Холлингсворт возглавил группу Ames Mars GCM. С помощью штаб-квартиры НАСА был создан Центр моделирования климата Марса (MCMC), чтобы предоставлять больше услуг населению. С 2019 года Мелинда Каре возглавляет MCMC и помогает в разработке новой модели общей циркуляции Марса конечного объема с кубической сферой (на основе FV3), обеспечивающей моделирование с более высоким разрешением. [5] Новая модель на основе FV3 заменила старое динамическое ядро широты и долготы (Legacy Mars GCM). Другие улучшения были сделаны для того, чтобы обеспечить публичный доступ к старым и новым моделям общего обращения Марса. MCMC недавно представил конвейер анализа сообщества (CAP), который представляет собой инструмент с открытым исходным кодом для анализа и визуализации модели общей циркуляции Марса. Проект надеется упростить и расширить доступ к данным Марса. [6] Цель повышения доступности — предоставить ученым и исследователям больше возможностей внести свой вклад в данные миссий на Марс.
Исследования с использованием модели общей циркуляции Марса
[ редактировать ]Модель общей циркуляции Марса была инструментом, используемым исследователями для лучшего понимания планеты. Модель включает в себя различные марсианские циклы, включая циклы активного углекислого газа, давления, пыли и воды. Сочетание этих элементов дает представление о химии атмосферы планеты. [7] Модель используется в качестве вспомогательного средства при интерпретации и анализе данных, полученных с космических аппаратов, и применима к многочисленным дисциплинам, в которых остаются актуальные вопросы о планете. Некоторые из недавних исследований с использованием этой модели направлены на определение процессов, которые вызвали обилие высотного водяного пара во время глобальной пыльной бури 2018 года. [8] интерпретация марсианских термосферных волн, [9] последствия любых орбитальных изменений планетарной циркуляции и климатической системы, [10] и многое другое. В 2016 году был запущен орбитальный аппарат ExoMars Trace Gas Orbiter с надеждой найти доказательства присутствия метана и других микроэлементов, которые могли бы быть признаком биологических и/или геологических процессов. [11] Спектрометр NOMAD на борту ExoMars будет опираться на модель общей циркуляции Марса для большей части интерпретации и анализа данных. [3] Другие инструменты космического корабля сравнивались с моделью циркуляции, например, результаты анализа водяного льда и пыли, полученные с помощью . ультрафиолетового спектрографа Maven (IUVS) [1] Благодаря постоянному добавлению новых космических кораблей, отправляемых на Марс, данные быстро обновляются, что делает марсианскую модель весьма продвинутой. [3]
Метан на Марсе
[ редактировать ]Марсианская атмосфера содержит 10 нмоль/ моль метана (CH 4 ). [12] В 2014 году НАСА сообщило, что марсоход Curiosity обнаружил десятикратное увеличение («всплеск») содержания метана в атмосфере вокруг него в конце 2013 и начале 2014 года. Четыре измерения, проведенные за два месяца в этот период, в среднем составили 7,2 частей на миллиард, что означает, что Марс эпизодически производство или выброс метана из неизвестного источника. [13] До и после этого показатели в среднем составляли около одной десятой этого уровня. [14] [15] [13] 7 июня 2018 года НАСА объявило о циклических сезонных изменениях фонового уровня метана в атмосфере. [16] [17] [18]
Основными кандидатами на происхождение марсианского метана являются небиологические процессы, такие как вода реакции -порода, радиолиз воды и образование пирита , все из которых производят H 2 , который затем может генерировать метан и другие углеводороды посредством синтеза Фишера-Тропша с СО и СО 2 . [19] Также было показано, что метан может производиться в результате процесса с участием воды, углекислого газа и минерала оливина , который, как известно, распространен на Марсе. [20]
Еще одним возможным источником являются живые микроорганизмы , такие как метаногены , но никаких доказательств присутствия таких организмов на Марсе обнаружено не было. [21] [22] [23]
Другие планеты
[ редактировать ]Существуют модели глобального климата, написанные для Юпитера , Сатурна , Нептуна и Венеры . [24]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Модель общей циркуляции Марса – исследование» . НАСА . Архивировано из оригинала 10 февраля 2007 г. Проверено 25 февраля 2007 г.
- ^ Даерден, Ф.; Нири, Л.; Вискарди, С.; Гарсиа Муньос, А.; Клэнси, RT; Смит, доктор медицины; Энкреназ, Т.; Федорова, А. (июль 2019 г.). «Моделирование химии атмосферы Марса с помощью модели общей циркуляции GEM-Mars» . Икар . 326 : 197–224. дои : 10.1016/j.icarus.2019.02.030 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Jump up to: а б с Нири, Л.; Даерден, Ф. (январь 2018 г.). «Модель общей циркуляции Марса GEM-Mars: описание и оценка» . Икар . 300 : 458–476. дои : 10.1016/j.icarus.2017.09.028 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Леови, Конвей; Минц, Йель (1 ноября 1969 г.). «Численное моделирование атмосферной циркуляции и климата Марса» . Журнал атмосферных наук . 26 (6): 1167–1190. doi : 10.1175/1520-0469(1969)026<1167:NSOTAC>2.0.CO;2 . ISSN 0022-4928 .
- ^ Хаберле, Роберт М.; Каре, Мелинда А.; Барнс, Джеффри Р.; Холлингсворт, Джеффри Л.; Вольф, Майкл Дж. (январь 2020 г.). «Наблюдения MARCI крупномасштабной особенности волнового числа 2 в северном полярном капюшоне Марса: интерпретация с помощью глобальной климатической модели NASA/Ames Legacy» . Икар . 335 : 113367. doi : 10.1016/j.icarus.2019.07.001 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Чаудхари, Аашиш (2 сентября 2015 г.). Climatepipes: удобный доступ к данным, манипулирование данными, анализ данных и визуализация моделей климата сообществ, этап II (отчет). Управление научно-технической информации (ОСТИ).
- ^ Нири, Л.; Даерден, Ф. (январь 2018 г.). «Модель общей циркуляции Марса GEM-Mars: описание и оценка» . Икар . 300 : 458–476. дои : 10.1016/j.icarus.2017.09.028 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Нири, Л.; Даерден, Ф.; Аоки, С.; Уайтвей, Дж.; Клэнси, RT; Смит, М.; Вискарди, С.; Эрвин, Джей Ти; Томас, ИК; Вильянуэва, Г.; Люцци, Г.; Крисмани, М.; Вольф, М.; Льюис, СР; Холмс, Дж.А. (16 апреля 2020 г.). «Объяснение увеличения количества воды на Марсе, наблюдаемого NOMAD во время глобальной пыльной бури 2018 года» . Письма о геофизических исследованиях . 47 (7). дои : 10.1029/2019GL084354 . ISSN 0094-8276 .
- ^ Джоши, Манодж М.; Холлингсворт, Джеффри Л.; Хаберле, Роберт М.; Бриджер, Элисон (март 2000 г.). «Интерпретация марсианских термосферных волн на основе анализа модели общей циркуляции» . Письма о геофизических исследованиях . 27 (5): 613–616. дои : 10.1029/1999GL010936 . ISSN 0094-8276 .
- ^ Хаберле, Роберт М; Мерфи, Джеймс Р.; Шеффер, Джеймс (январь 2003 г.). «Эксперименты по изменению орбиты с моделью общей циркуляции Марса» . Икар . 161 (1): 66–89. дои : 10.1016/s0019-1035(02)00017-9 . ISSN 0019-1035 .
- ^ «Информационный бюллетень об ЭкзоМарсе» . www.esa.int . Проверено 9 мая 2024 г.
- ^ Пресс-релиз ЕКА . «Марс Экспресс подтверждает наличие метана в марсианской атмосфере» . ЕКА . Архивировано из оригинала 24 февраля 2006 года . Проверено 17 марта 2006 г.
- ^ Jump up to: а б Вебстер, Чехия; Махаффи, PR; Атрея, СК; Флеш, Дж.Дж.; Мишна, Массачусетс; Меслин, П.-Ю.; Фарли, Калифорния; Конрад, PG; Кристенсен, Луизиана (23 января 2015 г.). «Обнаружение и изменчивость марсианского метана в кратере Гейла» (PDF) . Наука . 347 (6220): 415–417. Бибкод : 2015Sci...347..415W . дои : 10.1126/science.1261713 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 25515120 . S2CID 20304810 .
- ^ Вебстер, Гай; Нил-Джонс, Нэнси; Браун, Дуэйн (16 декабря 2014 г.). «Ровер НАСА обнаружил на Марсе активную и древнюю органическую химию» . НАСА . Проверено 16 декабря 2014 г.
- ^ Чанг, Кеннет (16 декабря 2014 г.). « Великий момент»: марсоход нашел подсказку о том, что на Марсе может быть жизнь . Нью-Йорк Таймс . Проверено 16 декабря 2014 г.
- ^ Чанг, Кеннет (7 июня 2018 г.). «Жизнь на Марсе? Последнее открытие марсохода ставит ее «на стол» – идентификация органических молекул в камнях на Красной планете не обязательно указывает на жизнь там, в прошлом или настоящем, но указывает на то, что некоторые строительные блоки присутствовали " . Нью-Йорк Таймс . Проверено 8 июня 2018 г.
- ^ Вебстер, Кристофер Р.; и др. (8 июня 2018 г.). «Фоновые уровни метана в атмосфере Марса демонстрируют сильные сезонные колебания» . Наука . 360 (6393): 1093–1096. Бибкод : 2018Sci...360.1093W . дои : 10.1126/science.aaq0131 . ПМИД 29880682 .
- ^ Эйгенброде, Дженнифер Л.; и др. (8 июня 2018 г.). «Органическое вещество, сохранившееся в аргиллитах возрастом 3 миллиарда лет в кратере Гейла на Марсе» . Наука . 360 (6393): 1096–1101. Бибкод : 2018Sci...360.1096E . дои : 10.1126/science.aas9185 . hdl : 10044/1/60810 . ПМИД 29880683 .
- ^ Мама, Майкл; и др. (2010). «Астробиология Марса: метан и другие газы-кандидаты-биомаркеры и соответствующие междисциплинарные исследования на Земле и Марсе» (PDF) . Научная конференция по астробиологии 2010 . Система астрофизических данных . Гринбелт, Мэриленд: Центр космических полетов Годдарда . Проверено 24 июля 2010 г.
- ^ Озе, К.; Шарма, М. (2005). «Есть оливин, будет газ: серпентинизация и абиогенное производство метана на Марсе» . Геофиз. Рез. Летт . 32 (10): L10203. Бибкод : 2005GeoRL..3210203O . дои : 10.1029/2005GL022691 . S2CID 28981740 .
- ^ Озе, Кристофер; Джонс, Камилла; Голдсмит, Джонас И.; Розенбауэр, Роберт Дж. (7 июня 2012 г.). «Дифференциация биотического и абиотического происхождения метана на гидротермально активных поверхностях планет» . ПНАС . 109 (25): 9750–9754. Бибкод : 2012PNAS..109.9750O . дои : 10.1073/pnas.1205223109 . ПМЦ 3382529 . ПМИД 22679287 .
- ^ Персонал (25 июня 2012 г.). «Марсианская жизнь может оставить следы в воздухе Красной планеты: исследование» . Space.com . Проверено 27 июня 2012 г.
- ^ Краснопольский Владимир А.; Майяр, Жан Пьер; Оуэн, Тобиас К. (декабрь 2004 г.). «Обнаружение метана в марсианской атмосфере: свидетельства жизни?». Икар . 172 (2): 537–547. Бибкод : 2004Icar..172..537K . дои : 10.1016/j.icarus.2004.07.004 .
- ^ «Видео – Группа динамики климата» .
