Над марсианским вулканом Арсия каждое лето появляется узкая белая полоса длиной около 1800 километров. Облако возникает к западу от потухшего щитового вулкана высотой 20 километров, держится несколько часов, а затем исчезает и формируется снова на следующее утро. Исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience группой под руководством Жоржа Эрнандеса-Берналя из Сорбонны, связывает это явление с редким процессом замерзания водяного пара без участия пылевых частиц.
Облако, получившее название Arsia Mons Elongated Cloud (AMEC), наблюдают уже несколько десятилетий. Обычные атмосферные модели не могли воспроизвести его характерную форму: расчёты давали либо широкую дымку, либо не показывали длинного следа. Учёные не понимали, каким образом тонкая и яркая полоса водяного льда сохраняется над тысячами километров марсианской пустыни.
На Земле облака обычно формируются при подъёме влажного воздуха, его расширении и охлаждении. Водяной пар конденсируется на микроскопических частицах, которые служат ядрами конденсации; ими могут быть кристаллы морской соли или промышленные загрязнения. На Марсе такими частицами логично было считать пыль, однако летом в районе Арсии её концентрация составляет всего 0,1 частицы на кубический сантиметр.
Авторы работы использовали погодные расчёты и специальные микрофизические модули программного комплекса Mars Planetary Climate Model. По их сценарию, западные ветры ударяют в вулкан и резко поднимаются вверх, создавая гравитационные волны — крупные колебания давления в атмосфере. Проходящий через них воздух расширяется без теплообмена и менее чем за 15 минут остывает примерно на 30 градусов Цельсия, достигая температуры ниже минус 143 градусов.
Из-за нехватки пыли водяной пар не успевает быстро осесть на твёрдых частицах. Относительная влажность в этой области поднимается примерно до десяти миллионов процентов, после чего молекулы воды начинают самопроизвольно превращаться в сотни ледяных кристаллов на кубический сантиметр. Такой механизм называют гомогенной нуклеацией, или образованием облака без готовых частиц-основ.
Затем ветер выносит сформировавшиеся кристаллы за пределы переохлаждённой области, создавая узкий след длиной более 1800 километров. Ранее гомогенную нуклеацию считали главным образом лабораторным явлением, поскольку для неё требуются чрезвычайно высокие значения влажности. Как сообщает Universe Today, облако над Арсией стало первым известным природным примером такого процесса, хотя аналогичные условия теоретически могут существовать в шлейфах Энцелада и в полярной мезосфере Земли.