Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Коллектив авторов благодарит экспертную комиссию РНФ за поддержание нашего проекта в период конкурса. Спектрометры комплекса ACS (NIR – ближний ИК, MIR – средний ИК и TIRVIM – тепловой ИК) работают в условиях жесткой конкуренции с комплексом NOMAD на том же аппарате TGO, а также с атмосферными экспериментами на других орбитальных и посадочных аппаратах, исследующих сейчас Марс. Мы стараемся корректировать наши научные задачи, чтобы оставаться на волне последних исследований и открытий. Ниже представлены основные достижения проделанной нами работы по темам проекта в 2020: 1) Получены профили температур и давлений на терминаторе Марса по данным двух спектрометров ACS ближнего (NIR) и среднего (MIR) спектрального диапазона за вторую половину 34 (MIR) и первую половину 35 марсианского года (NIR). 2) Отлажен алгоритм и получены высотные распределения параметров гравитационных волн по профилям температур из данных ACS MIR и NIR за 34 марсианский год, построены карты распределения гравитационных волн в атмосфере, такие как высотно/широтная зависимость их амплитуды. 3) По надирным наблюдениям спектрометра TIRVIM исследована сезонная эволюция температурных полей и оптических толщин пыли для фиксированного местного времени (3, 9, 15 и 21 ч), полученных в период апрель-октябрь 2018 г. с развитием пылевой бури. Показано удовлетворительное согласие температурных профилей спектрометром TIRVIM c профилями NIR и MIR по близким в пространстве и времени наблюдениям. 4) Получены профили водяного пара на терминаторе Марса по данным двух спектрометров ACS NIR и ACS MIR за вторую половину 34 (MIR) и первую половину 35 марсианского года (NIR). Разработан алгоритм восстановления HDO в полосе 3.3 мкм по данным спектрометра MIR. 5) По данным приборов ТИРВИМ и НИР было исследовано поведение пыли и водяного льда в период глобальной пылевой бури 2018 г. Эффективный радиус частиц пыли и водяного льда составляет 0,1–3,5 мкм и 0,1–5,5 мкм соответственно в период апрель-сентябрь 2018 г. Во время пика глобальной бури (июнь-июль 2018) пыль достигала высоты 85 км. Самые большие частицы аэрозоля (> 2,5 мкм для пыли и> 3,5 мкм для водяного льда) присутствуют на высотах ниже 10 км до начала и во время фазы распада глобальной пылевой бури. Было детектировано большое количество облаков, состоящих из частиц водяного льда с характерными размерами 0.1–1 мкм и концентрацией 5–50 см-3 на высотах до 90 км во время и сразу после глобальной пылевой бури 2018 г. приборами TIRVIM и NIR. Показана возможность детектирования облаков, состоящих из конденсированного углекислого газа, и восстановления их микрофизических свойств по данным прибора TIRVIM. 6) Открыта магнитно-дипольная полоса поглощения основного изотополога углекислого газа в районе 3,3 микрометра в атмосфере Марса. Обнаруженная магнитно-дипольная полоса углекислого газа является первой демонстрацией важности вклада ядерного движения в магнитно-дипольный момент молекулы. Проведена оценка интенсивности линий новой полосы по наблюдениям в атмосфере Марса. 7) Обнаружен первый галогеновый газ (HCl) в атмосфере Марса, получена сезонная карта распределения детектирований за 2018-2019 гг наблюдений и вертикальные профили содержания HCl. Обнаружено, что максимум содержания HCl со значениями до 5 pbb достигается в сезон перигелия. По результатам проведенных работ в 2020 году было опубликовано 2 статьи в ведущих зарубежных журналах (квартиль Q1). 1 статья находится на рецензии в высокорейтинговом журнале.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Коллектив авторов благодарит экспертную комиссию РНФ за поддержание нашего проекта в период конкурса. Спектрометры комплекса ACS (NIR – ближний ИК, MIR – средний ИК и TIRVIM – тепловой ИК) работают в условиях конкуренции и сотрудничества с другими атмосферными экспериментами на орбите Марс. В связи с этим мы стараемся корректировать наши научные задачи, чтобы оставаться на волне последних исследований и открытий. Ниже представлены основные достижения проделанной нами работы по темам проекта в 2021: 1) Получены профили температур и давлений на терминаторе Марса по данным двух спектрометров ACS ближнего (NIR) и среднего (MIR) спектрального диапазона за полный 35 марсианского года (MIR) и вторую половину 35го года (NIR). 2) По данным 34го марсианского года проведен комплексный анализ гравитационных волн в атмосфере Марса. Построены широтные карты распределения параметров ГВ. Обнаружена усиленная диссипация/разрушение гравитационных волн в области мезопаузы 100–130 км. Найдено отсутствие прямой корреляции между амплитудой волны и частотой Бранта-Вяйсяля. Это может указывать на то, что конвективная неустойчивость не может быть основным механизмом, ограничивающим рост гравитационных волн в средней атмосфере Марса. Для дальнейших исследований восстановлены характеристики ГВ по профилям температур за 35й марсианский год. 3) По надирным наблюдениям экcперимента TIRVIM проведено детальное исследование глобальной пылевой бури 34го марсианского года. Построена сезонная эволюция и суточный ход тепловой структуры атмосферы, а также температуры поверхности, получена пространственно-временная эволюция общего содержания пыли в глобальную пылевую бурю. Для дальнейшей работы восстановлены профили температур от поверхности до высоты 60 км, оптические плотности пыли и облаков водяного льда для всего периода измерений эксперимента ТИРВИМ c Ls = 142° марсианского года MY 34 до Ls = 115° MY 35. 4) Получены профили водяного пара на терминаторе Марса по данным двух спектрометров ACS ближнего (NIR) и среднего (MIR) спектрального диапазона за полный 35 марсианского года (MIR) и вторую половину 35го года (NIR). Построена карта сезонного распределения водяного пара на высотах от 10 до 120 км над поверхностью. Получено, что количество водяного пара, поднимаемого на высоты выше 80 км, составляет 10–50 частиц на миллион в единице объёма (ppmv) в периоды глобальной пылевой бури 34 года и лета в южном полушарии (34й и 35й годы). В другие сезоны вода постоянно остается ниже ∼2 ppmv. Сделаны оценки указывающие, что вклады периодов глобальной пылевой бури 34го года и сезона перигелия в прогнозируемую диссипацию водорода с Марса почти эквивалентны. 5) По данным приборов TIRVIM и NIR были восстановлены микрофизические свойства аэрозольных частиц пыли и водяного льда в виде высотных профилей эффективного радиуса, эффективной вариации, счётной и массовой концентраций в период с 1 января 2020 г. по 30 декабря 2020 г. Разработан алгоритм по детектированию облаков сухого льда по данным одновременных наблюдений TIRVIM и NIR или MIR и NIR. За период наблюдений до конца 2020 г. было обнаружено 7 случаев детектирования облаков СО2. Детально исследовано поведение пыли и водяных облаков в пылевой сезон и в сезон афелия. 6) По данным ACS MIR получены улучшенные верхние пределы концентраций различных малых составляющих в атмосфере Марса: SO2 - 20 ppbv, H2S - 15 ppbv, OCS - 0.4 ppbv. Сделаны оценки, что выбросы SO2 (при возможной вулканической активности) не превышают 2 кт/день. Сделаны предварительные оценки по концентрации NO2 в атмосфере, которые не превышают 0.2 ppbv, что соответствует моделям. Значительным источником NO2 могли бы быть молнии, но установленных верхний предел свидетельствует об их отсутствии на Марсе. Для дальнейшего поиска малых составляющих разработаны дополнительные алгоритмы, улучшающие отношение сигнал-шум в спектральных интервалах, интересных с точки зрения поиска. По результатам проведенных работ в 2021 году было опубликовано 5 статей в ведущих зарубежных журналах (квартиль Q1).

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Коллектив авторов благодарит экспертную комиссию РНФ за поддержание нашего проекта в период конкурса. Проект базируется на измерениях спектрометров комплекса ACS (NIR – ближний ИК, MIR – средний ИК и TIRVIM – тепловой ИК), работающий в условиях конкуренции и сотрудничества с другими атмосферными экспериментами на орбите Марса. Ниже представлены основные достижения проделанной нами работы по темам проекта в 2022 году: 1) По данным эксперимента по солнечному просвечиванию ACS MIR были исследованы сезонные и широтные распределения вертикальных профилей температуры и плотности атмосферы Марса за 34й и 35й марсианские годы (MY) в рекордно широком диапазоне высот: от 10 до 180 км. Впервые получены широтные и сезонные вариации высоты мезопаузы за полтора марсианских года. Показано, что температура мезопаузы может опускаться до 100 К, что создает условия для конденсации углекислого газа, а значит и формирования мезосферных облаков из СО2-льда. Разность температур между утренним и вечерним терминаторами выявляет более теплые (на 20-40 градусов) и холодные слои в мезосфере и термосфере, что свидетельствует о наличии суточных приливных волн в атмосфере Марса. Также исследована высота гомопаузы и показано, что она варьируется в пределах от 90 до 130 км и зависит от сезона и пылевой активности в атмосфере. 2) Проведена обработка около 2.3 млн спектров теплового излучения Марса при наблюдениях в надир прибором ACS TIRVIM. По полученным спектрам детально исследована тепловая структура атмосферы от поверхности до тропопаузы за весь период работы канала TIRVIM: с марта 2018 г. (Ls = 142.8°, MY 34) по декабрь 2019 г. (Ls = 115.2°, MY 35). Благодаря непрерывному времени наблюдения и низкой круговой орбите космического аппарата TGO получен полный суточный цикл зонально усреднённого температурного поля атмосферы для всех сезонов на Марсе. Установлено хорошее согласие восстановленных температурных полей с лимбовыми измерениями прибором Mars Climate Sounder с борта Mars Reconnaissance Orbiter. Кроме того, по спектрам TIRVIM было восстановлено содержание частиц пыли и облаков водяного льда в столбе атмосферы. Построеные среднесуточные карты содержания этих частиц демонстрируют как сезонную климатологию, так и нерегулярные события в виде глобальной пылевой бури (GDS) в середине MY 34. 3) Анализ вертикальных профилей температуры, полученных при солнечном просвечивании ACS MIR на высотах от 10 до 180 км (см. пункт 1) и ACS NIR на высотах от 10 до 100 км, позволил выявить атмосферные гравитационные волны (ГВ) и исследовать их характеристики за полтора марсианских года. Построены пространственно-временные (суточные) распределения ускорения и потенциальной энергии ГВ и найдены их межгодовые (сезонные) вариации. В зимний сезон наблюдается увеличение активности ГВ на высотах от 40 до 140 км с максимумом амплитуды на высотах ~100–120 км. В летний период диссипация волны смещается в верхние слои атмосферы до высоты ~150 км и достигает максимума на высоте около 130 км. Обнаружено, что активность ГВ ниже высот 90 км во время пылевой бури на средних широтах обоих полушарий в 2-4 раза меньше, чем в обычный, непылевой период. Такое поведение связывают с уменьшением генерации волн из-за повышения конвективной и бароклинной устойчивости атмосферы за счет увеличения пыли в атмосфере. Также наблюдается увеличение диссипации волн в полярных регионах на всех высотах. 4) Проведено исследование оптических и микрофизических свойств аэрозолей в атмосфере Марса по спектрам атмосферного пропускания, измеренным спектрометрическими каналами ACS в период с января 2021 г. по декабрь 2021 г. На основе спектральной зависимости аэрозольного коэффициента ослабления определялся тип аэрозольных частиц (минеральная пыль, водяной лёд или СО2 лёд), а также восстанавливались их микрофизические свойства в виде высотных профилей эффективного радиуса, эффективной вариации, счётной и массовой концентрации. По данным каналов TIRVIM и MIR было проведено исследование сезонных, широтных и высотных трендов микрофизических свойств частиц CO2 льда. Облака сухого льда были обнаружены преимущественно в низких и средних широтах на высотах 50 80 км. Эффективный радиус частиц, составляющих CO2 облака, находился в диапазоне 0.1 2.0 мкм. Впервые обнаружено двухмодовое распределение по размерам частиц водяного льда, восстановлены высотные профили эффективного радиуса, счётной и массовой концентраций для двух мод. 5) Продолжились попытки детектировать метан в атмосфере Марса по анализу данных спектрометра ACS MIR до середины 2022 года в режиме солнечного просвечивания. Метановых выбросов, в том числе над кратером Гейл (где метан наблюдался аппаратом Curiosity), обнаружено не было. Верхний предел содержания метана по данным MIR составил 6-100 pptv (частей на триллион в объеме) в зависимости от широты и сезона. Дополнительно проведен поиск метана по наблюдениям спектрометром TIRVIM с разрешающей способностью ниже, чем у канала MIR. По усредненным за весь период наблюдения спектрам TIRVIM предел обнаружения CH4 составил 100 ppbv при измерениях в надир и ~40 ppbv в режиме солнечного просвечивания, что на три порядка выше значений прибора MIR. Можно заключить, что ACS MIR существенно улучшает предел обнаружения метана, но не регистрирует его в атмосфере Марса. Кроме того, в спектрах ACS MIR впервые получены верхние пределы содержания молекулы HC3N – 2 ppb, относительно имеющихся литературных данных улучшены верхние пределы для азотных соединений: NH3 – 8 ppb, HCN – 0.7 ppb, C2H6 – 0.05 ppb. Усредненные (по ансамблю спектров) значения содержания NO2 составляют 0.1-0.2 ppb, что совпадает с предсказаниями моделей. Также, в спектрах TIRVIM был установлен предел обнаружения молекулы ClO в количестве 100-200 ppb. 6) Совместно с французской стороной создана гибридная одномерная модель переноса вещества в атмосфере. Модель сочетает результаты наблюдений и атмосферную фотохимию, чтобы воспроизвести процессы, влияющие на состав объёма воздуха с течением времени при его подъеме в атмосфере. В модели используются профили водяного пара, полученные по проекту в предыдущие годы. Обнаружено, что основным источником атомов водорода в верхних слоях атмосферы являются атомы, образовавшиеся на высотах от 60 до 80 км от фотолиза молекулы воды и поднятые далее восходящим потоком. Показано, что хотя глобальные и региональные пылевые бури сильно влияют на скорость потери воды Марсом, сезон перигелия – лета в южном полушарии – остается доминирующим в этом процессе в долгосрочной перспективе. По результатам проведенных работ в 2022 году было опубликовано 4 статьи в ведущих зарубежных журналах (квартиль Q1).