Поглощение хлороводорода аэрозолями водяного льда в атмосфере Марса по данным прибора ACS проекта «ЭкзоМарс»

В 2020 году в атмосфере Марса с помощью прибора ACS (Atmospheric Chemistry Suite) проекта «ЭкзоМарс» были обнаружены молекулы хлороводорода [1]. Наблюдения показали сезонное увеличение объемной концентрации до 5 ppbv (миллиардных частей по объёму) в период перигелия, за которым следует внезапное падение значений ниже предела детектирования (<0.1 ppbv) [2, 3]. Такое быстрое исчезновение HCl из атмосферы противоречит общепринятой на тот момент оценке времени жизни хлороводорода (> 70 земных суток) [3, 4].

Согласно лабораторным измерениям [5], значительную роль в удалении хлороводорода из атмосферы Марса может играть процесс поглощения HCl частицами облаков водяного льда [1, 3]. В данной работе будут продемонстрированы примеры антикорреляции между HCl и водяным льдом на высотах выше 20 км. Этот результат свидетельствует о наличии механизма быстрого (1-2 земных суток) удаления HCl из атмосферы Марса, позволяющий объяснить его сезонные колебания.

Для получения этого результата были обработаны данные прибора ACS за период в 2.5 марсианских года. В общей сложности были проанализировали 784 сеанса затмения, с которых были восстановлены вертикальные профили температуры, молярных концентраций HCl (при детектировании), водяного пара, аэрозольного ослабления и массовой концентрации частиц водяного льда.

Восстановление профилей концентрации HCl производился с помощью итеративного алгоритма Левенберга-Марквардта с регуляризацией Тихонова из данных ACS MIR в спектральном диапазоне 2922.5–2927.4 см−1. Профили температуры и водяного пара восстанавливались из данных ACS NIR. Определение микрофизических свойств частиц пыли и водяного льда производилось из одновременного анализа данных ACS NIR в спектральном диапазоне 0.76–1.6 мкм и ACS MIR в диапазоне 3.09–3.46 мкм. Для восстановления вертикальных профилей коэффициента аэрозольного ослабления из профилей пропускания использовался метод «очистки луковицы» (обратное преобразование Абеля). Из полученных спектральных зависимостей коэффициента ослабления восстанавливались эффективный радиус, счётная и массовая концентрации водяного льда и минеральной пыли.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта № 23-12-00207 Российского научного фонда.

[1] Korablev et al., 2021. Transient HCl in the atmosphere of Mars. Sci. Adv. 7 (7), 1–9. https://doi.org/10.1126/sciadv.abe4386
[2] Olsen et al., 2021. Seasonal reappearance of HCl in the atmosphere of Mars during the Mars year 35 dusty season. Astron. Astrophys. 1–14 https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140329
[3] Aoki et al., 2021. Annual appearance of hydrogen chloride on Mars and a striking similarity with the water vapor vertical distribution observed by TGO/NOMAD. Geophys. Res. Lett. 48 (11), 1–11. https://doi.org/10.1029/2021GL092506.
[4] Krasnopolsky, 2022. Photochemistry of HCl in the martian atmosphere. Icarus 374. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2021.114807
[5] Kippenberger et al., 2019. Trapping of HCl and oxidised organic trace gases in growing ice at temperatures relevant to cirrus clouds. Atmos. Chem. Phys. 19 (18), 11939–11951. https://doi.org/10.5194/acp-19-11939-2019.