Кирилл Кондратьев - «Викинги» на Марсе

Согласно работам [53, 54, 65], определенный вклад в стимуляцию процесса развития пыльной бури может вносить сальтация (беспорядочные движения частиц вверх и вниз вблизи поверхности в результате соударения с нею падающих частиц). Изучение физики процесса эрозии и первоначального механизма формирования пыльных бурь вызвало большой интерес к исследованиям условий подъема частиц марсианского грунта с поверхности как путем численных экспериментов, так и моделирования в аэродинамических трубах при условиях, эквивалентных марсианским.

В работе [108] выполнены численные эксперименты с использованием двухмерной модели потока, разработанной для исследования подъема частиц с поверхности в земных условиях, в которую были введены эмпирические поправки с целью учета специфики марсианских условий. Подъем и перенос частиц грунта определяются соотношением подъемной силы и силы трения, которые сильно зависят от числа Рейнольдса.

Как на Земле, так и на Марсе, подъемная сила имеет решающее значение для начала процесса сальтации. Эквивалентность теоретического описания этого процесса определяется из условия равенства отношений динамической скорости v * к пороговой динамической скорости v *t, определяющей начало сальтации. В табл. 4 приведены значения v * для Земли и Марса при различных диаметре частиц D (мкм) и плотности частиц ρр (г/см 3) .

Главная специфика Марса состоит в том, что в этом случае сальтация имеет место в пограничном слое, содержащем вязкий подслой, тогда как для Земли характерен диапазон v *t, соответствующий переходной зоне. Толщина вязкого подслоя на Марсе составляет около 1 см. Сравнение траекторий частиц на Земле и Марсе при идентичных v */ v *t показало, что в условиях Марса траектории выше (до 40%) и длиннее. Отношение длины к высоте траекторий на Марсе значительно выше, а угол соударения с поверхностью существенно меньше (обычно меньше 30°), чем на Земле (5–15°). Максимальная вертикальная составляющая скорости частиц w/v * равна примерно одной десятой по отношению к земной, а горизонтальная составляющая скорости (вдоль направления ветра) в марсианских условиях значительно больше, что должно обусловливать более интенсивную эрозию. На основе сочетания экспериментальных данных и двухмерной модели в работе [108] получены оценки, относящиеся к трехмерной модели потока при наличии кратера. Полученные оценки показывают, что в этом случае значительно усиливается процесс эрозии на «теневой» стороне кратера. Этот вывод объясняет природу образования «струй» пылевого материала на поверхности вблизи некоторых кратеров.

В работе [54] сопоставлены результаты оценки зависимости пороговой динамической скорости от диаметра частиц (10–10 000 мкм) для условий Земли, Марса и Венеры. В случае учета сил сцепления между частицами всегда имеет место минимум динамической скорости, соответствующий оптимальному диаметру частиц, которые наиболее легко сдуваются ветром. При отсутствии сцепления наблюдается монотонное увеличение динамической скорости с ростом диаметра. Оптимальный диаметр частиц варьирует от 50 мкм на Венере до 75 мкм на Земле и 150 мкм на Марсе. При этом минимальные пороговые значения динамической скорости испытывают скачкообразные изменения примерно на порядок величины: от 2,2 до 20,5 и 250 см/с соответственно.