Активность гравитационных волн в марсианской атмосфере по данным эксперимента по солнечному просвечиванию ACS с борта аппарата ExoMars/TGO

Внутренние гравитационные волны (ГВ) - распространение волновых колебаний в атмосфере, возникающих вследствие смещения равновесия между силой тяжести и силой Архимеда (плавучести). ГВ переносят энергию и импульс, влияя на общую динамику атмосферы планеты. В нашей работе мы рассматриваем параметры ГВ [1] и их высотное распределение в атмосфере Марса. ГВ выявляются из высотных профилей температуры, полученных из эксперимента по солнечному просвечиванию, выполняемым российским комплексом спектрометров АЦС (ACS - Atmospheric Chemistry Suite ) [2] на борту аппарата Trace Gas Orbiter (TGO). В эксперименте исследуются такие параметры, как амплитуда, потенциальная энергия и ускорение ГВ. Наблюдается симметричное распределение активности волн в сезоны равноденствий на Марсе, а также смещение максимума активности в зимнее полушарие в периоды солнцестояний. Максимум ускорения ГВ совпадает с зонами слабого зонального ветра на краях сезонных зональных потоков, смоделированных с помощью модели MAOAM Martian general circulation model (MGCM) [3]. Кроме того, увеличенная активность ГВ наблюдалась во время глобальной пылевой бури (в MY34) на Марсе на больших высотах в регионе северных полярных широт и на низких высотах южных полярных широт [4]. 

ACS находится на орбитальном аппарате TGO, который является частью европейско-российской миссии ExoMars 2016. Он состоит из трех спектрометров ближнего – NIR (0.73-1.6 мкм), среднего – MIR (2.3-4.2 мкм) и теплового – TIRVIM (1.7-17 мкм) инфракрасного диапазона. В данной работе используются данные каналов MIR и NIR. Оба прибора позволяют восстанавливать вертикальные профили температуры и плотности по спектрам пропускания в полосах поглощения углекислого газа CO₂ в диапазоне высот – 10-180 км (MIR) [5], 10-100 км (NIR) [6]. Представленный объем данных охватывает наблюдения за три Марсианских года (MY) с середины MY34 (апрель 2018) по конец MY37 (ноябрь 2024). Объем данных насчитывает около 1100 сеансов солнечных затмений для канала MIR и около 12300 сеансов для NIR.

Исследование выполняется при поддержке гранта РНФ № 25-22-00494, https://rscf.ru/project/25-22-00494/

[1] Starichenko E. et al., 2021. Gravity wave activity in the Martian atmosphere at altitudes 20–160 km from ACS/TGO occultation measurements. Journal of Geophysical Research: Planets, 126, e2021JE006899. DOI: 10.1029/2021JE006899

[2] Korablev O., Montmessin F., and ACS Team, 2018. The Atmospheric Chemistry Suite (ACS) of three spectrometers for the ExoMars 2016 Trace Gas Orbiter. Space Sci. Rev., 214:7. DOI 10.1007/s11214-017-0437-6.

[3] Medvedev, A. S., & Hartogh, P. (2007). Winter polar warmings and the meridional transport on Mars simulated with a general circulation model. Icarus, 186 , 97– 110.

[4] Starichenko E. D., Medvedev A. S., Belyaev D. A., et al. Climatology of gravity wave activity based on two Martian years from ACS/TGO observations. Astronomy&Astrophysics, 683, A206 (2024). https://doi.org/10.1051/0004-6361/202348685

[5] Belyaev D. et al., 2022. Thermal Structure of the Middle and Upper Atmosphere of Mars from ACS/TGO CO2 Spectroscopy. Journal of Geophysical Research: Planets. 127, e2022JE007286. doi: 10.1029/2022JE007286

[6] Fedorova A. et al., 2022. A two-Martian year survey of the water vapor saturation state on Mars based on ACS NIR/TGO occultations. Submitted to Journal of Geophysical Research: Planets. 128, e2022JE007348. doi: 10.1029/2022JE007348